[發(fā)明專利]具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形態(tài)的用于電化學(xué)裝置的電極、其制造方法和包括其的電化學(xué)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580079883.2
• 申請(qǐng)日: 2015-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN107873104A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李宣永;李相英;全詳鎮(zhèn);趙成珠;樸相范;崔惇廈;崔根湖;金正煥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大韓民國(guó)（山林廳國(guó)立山林科學(xué)院長(zhǎng)）
• 主分類號(hào): H01G11/22
• 分類號(hào): H01G11/22;H01L31/042;H01M2/16;H01M4/13;H01M4/139;H01M4/62;H01M10/058
• 代理公司: 北京市中倫律師事務(wù)所11410
• 代理人: 李波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形態(tài)的用于電化學(xué)裝置的電極、該電極的制造方法以及包括該電極的電化學(xué)裝置。

背景技術(shù)

近來(lái)，在例如卷繞式顯示器、可佩戴電子裝置等的多種設(shè)計(jì)中可用的柔性鋰離子二次電池(flexible lithium-ion batteries)之類的柔性電化學(xué)裝置的重要性日益增加。為了實(shí)現(xiàn)這種柔性電化學(xué)裝置，需要開發(fā)構(gòu)成電化學(xué)裝置的柔性材料。

例如，通過(guò)在成型殼體中依次堆疊正極、隔膜和負(fù)極并然后向其中注入電解液而制造鋰離子二次電池。然而，具有上述結(jié)構(gòu)的電池由于缺乏物理柔性而在滿足柔性電化學(xué)裝置中所需的設(shè)計(jì)多樣性的需求方面具有許多限制。

特別地，至于鋰離子二次電池的構(gòu)件當(dāng)中的諸如正極或負(fù)極之類的電極，通過(guò)在集流體上涂布電極混合物來(lái)制造，其中通過(guò)將活性物質(zhì)分散在顆粒狀導(dǎo)電材料、粘合劑和溶劑的混合物中來(lái)制備電極混合物。這里，粘合劑是增加形成電極的成分之間的粘附性的必要元素。然而，粘合劑造成電極的電子導(dǎo)電性和能量密度降低，工藝成本高昂且生產(chǎn)率降低。因此，降低粘合劑用量的研究對(duì)于下一代二次電池來(lái)說(shuō)是必要的。

此外，傳統(tǒng)的電極制造方法采用在金屬集流體上涂布電極混合物的方式。然而，通過(guò)該方式制造的電極具有在發(fā)生彎曲時(shí)電極層會(huì)與金屬集流體分離的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

【技術(shù)問(wèn)題】

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題而提出的，其目的在于提供柔性且能夠?qū)崿F(xiàn)高容量的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的用于電化學(xué)裝置的電極、該電極的制造方法以及包括該電極的電化學(xué)裝置。

【技術(shù)方案】

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于電化學(xué)裝置的電極包括：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其包括纖維素纖維和長(zhǎng)度與厚度的比值(L/D)為50以上的導(dǎo)電性材料；以及分散在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的活性物質(zhì)。

本發(fā)明的另一實(shí)施方式提供一種制造用于電化學(xué)裝置的電極的方法，其包括：制備包括纖維素纖維、納米纖維導(dǎo)電材料和活性物質(zhì)的混合溶液；并將混合溶液過(guò)濾。

此外，本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式提供了一種包括上述電極的電化學(xué)裝置。

附圖說(shuō)明

圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的電極。

圖2是示出制備例1中的過(guò)濾前的電極混合物的顯微鏡照片。

圖3是使用電子顯微鏡觀察制備例1的電極的結(jié)果。

圖4是示出對(duì)制備例1的電極的膠帶試驗(yàn)的過(guò)程的照片。

圖5是使用2mm丙烯酸棒評(píng)價(jià)電極的彎曲特性的結(jié)果。

圖6是用于評(píng)價(jià)被系成帶狀結(jié)的電極的扭轉(zhuǎn)特性的電子顯微鏡照片。

圖7是評(píng)價(jià)以5mm的間隔折疊的電極的折疊特性的結(jié)果。

圖8是比較和評(píng)價(jià)單位電極面積的容量的結(jié)果。

圖9是觀察根據(jù)實(shí)施例1的電池的電極的橫截面的結(jié)果。

圖10是觀察根據(jù)比較例2的電池的電極的橫截面的結(jié)果。

圖11是通過(guò)比較和計(jì)算電極的單位面積的容量而獲得的圖表。

圖12是比較觀測(cè)電池的循環(huán)特性的曲線圖。

圖13是比較觀測(cè)電池的各速率下的放電特性的曲線圖。

圖14是在重復(fù)充放電時(shí)使用電子顯微鏡觀察電極的結(jié)果。

圖15是拍攝制造被折疊成千紙鶴形狀的電池的過(guò)程的結(jié)果。

圖16是將被折疊成千紙鶴形狀的電池與LED燈連接并且確認(rèn)LED燈是否工作的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖17是對(duì)折疊成千紙鶴形狀的電池進(jìn)行的充電/放電實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

具體實(shí)施方式

以下，對(duì)本發(fā)明的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的電極進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。然而，應(yīng)當(dāng)理解，僅以說(shuō)明目的提供以下實(shí)施方式，而本發(fā)明不限于此。

在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“重量份”是指成分之間的重量比。

在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”是成分彼此纏結(jié)以形成網(wǎng)的三維結(jié)構(gòu)的總稱。此外，術(shù)語(yǔ)“三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”是由成分間的網(wǎng)構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所形成的具有一定厚度的立體結(jié)構(gòu)的總稱，例如意圖包括二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)堆疊成多個(gè)層的情況、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)本身形成具有厚度的立體結(jié)構(gòu)的情況、或三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)堆疊成多個(gè)層的情況。

在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“厚度”是指物質(zhì)或粒子沿短軸方向的距離，術(shù)語(yǔ)“長(zhǎng)度”是指沿長(zhǎng)軸方向的距離。

在一個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的用于電化學(xué)裝置的電極包括：

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其包括纖維素纖維和長(zhǎng)度與厚度的平均比值(L/D)為50以上的導(dǎo)電材料；和

分散在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的活性物質(zhì)。