CN103988341A - 用于电化学设备的电极和包含所述电极的电化学设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电化学设备的电极，包含：电极集电器；电极活性材料层，其在所述电极集电器的一个表面的至少一部分上形成，并且包含电极活性材料；填充层，其在所述电极集电器两侧的未涂布部分上形成并包含第一无机材料颗粒和第一聚合物粘合剂的混合物，在所述电极集电器两侧的未涂布区域上不形成所述电极活性材料层，涂布所述填充层以使其与所述电极活性材料层相连；及隔离层，其在所述电极活性材料层的表面和所述填充层的表面同时形成，并包含第二无机材料颗粒和第二聚合物粘合剂的混合物。用于本发明的电化学设备的电极包括与电极活性材料层相连的填充层，从而所述隔离层容易涂布在电极活性材料层的整个表面。此外，由于即使在涂布所述隔离层之后所述电极活性材料层也不暴露在外，可保证所述电化学设备的稳定性。

Description

用于电化学设备的电极和包含所述电极的电化学设备
技术领域
本发明涉及具有能够代替隔膜的隔离层的电极，以及含有所述电极的电化学设备，且更具体而言，涉及具有填充床的电极，所述填充床用于实现电化学设备的稳定性。
本申请要求2011年12月14日在韩国提交的第10-2011-0134490号韩国专利申请的优先权，该申请公开内容通过参引的方法纳入本文中。
背景技术
近来，人们对能量储存技术的兴趣正不断增加。电化学设备已在便携式电话、摄像机、笔记本电脑、个人电脑和电动汽车领域中广泛地用作能源，从而导致对电化学设备的研究和开发加强。就这一点而言，电化学设备是引起极大兴趣的主题之一。特别地，可充电二次电池的开发已成为关注焦点。近来，对这些电池的研究和开发集中于新电极和电池的设计，以改善容量密度和比能。
在现有的二次电池中，在1990年代早期开发的锂二次电池已引起特别的注意，这是由于其具有比传统基于水性电解质的电池(例如Ni-MH电池、Ni-Cd电池和硫酸-铅电池)更高的操作电压和高得多的能量密度的优点。然而，这些锂离子电池在使用有机电解质时会具有安全问题，如起火和爆炸，并且不利的是，这些锂离子电池制造极其复杂。在克服锂离子电池的缺点的尝试中，锂离子聚合物电池已作为新一代电池而被开发出。仍迫切地需要进行更多的研究来改进锂离子聚合物电池与锂离子电池相比相对较低的容量和不足的低温放电容量。
许多公司已生产出各种具有不同安全特性的电化学设备。评估和保证这些电化学设备的安全性是非常重要的。最重要的安全顾虑事项是电化学设备的运转故障或失灵不应对用户造成伤害。针对此目的，管理法规严格限制电化学设备的起火和冒烟等。就电化学设备的安全特性而言，电化学设备的过热可能导致热击穿，或者隔膜的穿孔可能造成爆炸的风险增加。特别地，通常用作电化学设备的隔膜的多孔聚烯烃膜，由于其材料特性且由于包括拉伸的制备过程，在100oC以上的温度下会经历严重的热收缩。该热收缩可能引起阳极与阴极之间的短路。
为了解决电化学设备的上述安全问题，提出了具有多孔涂层的电极，所述多孔涂层通过在电极的活性材料层表面结合无机颗粒和粘合剂而形成。然而，在该电极中，难以在活性材料层的整个表面涂布多孔涂层，并且由于电极的侧面暴露在外，仍存在安全问题。
发明内容
技术问题
因此，本发明的目的是提供用于电化学设备的电极，其具有稳定性改善的多孔涂层。
技术方案
为了实现本发明的目的，本发明提供了如下用于电化学设备的电极，包含：电极集电器；电极活性材料层，其在所述电极集电器的至少一个表面的一部分上形成，并且包含电极活性材料；填充床，其在所述电极集电器两侧的未涂布区域上形成并包含第一无机颗粒和第一聚合物粘合剂的混合物，在所述电极集电器两侧的未涂布区域上不形成所述电极活性材料层，涂布所述填充床以使其与所述电极活性材料层相连；及隔离层，其在所述电极活性材料层的表面和所述填充床的表面同时形成，并包含第二无机颗粒和第二聚合物粘合剂的混合物。
所述电极集电器可以是用如下材料制造的一种集电器：不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳、铜；表面用碳、镍、钛或银处理的不锈钢；铝-镉合金；等，但不限于此。
所述电极活性材料可以是阳极活性材料或阴极活性材料。所述阳极活性材料可以是选自下列的任一种活性材料颗粒：天然石墨、人造石墨、碳质材料；金属(Me)，其为含锂的钛复合氧化物(LTO)、Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni或Fe；由金属(Me)组成的合金；金属(Me)的氧化物(MeOx)；以及金属(Me)和碳的复合物等，但不限于此。所述阴极活性材料可以是选自下列的任一种活性材料颗粒：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCoPO4、LiFePO4、LiNiMnCoO2和LiNi1-x-y–zCoxM1yM2zO2(其中，M1和M2各自独立地为选自下列的任一种：Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo，且x、y和z各自独立地为氧化物组成元素的原子分数，其中0≤x<0.5，0≤y<0.5，0≤z<0.5且x+y+z≤1)等，但不限于此。
在本发明的填充床中使用的所述第一无机颗粒可以是Al2O3、BaTiO3、TiO2、CeO2、SiO2、ZrO2、SnO2、CuO、ZnO等，但不限于此。
当极性溶剂被用作用于制造所述填充床的溶剂时，所述第一聚合物粘合剂可以是选自下列的任一种聚合物：聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、苯乙烯丁二烯橡胶(styrene butadiene rubber)、聚环氧乙烷(polyethyleneoxide)、羧甲基纤维素(carboxyl methyl cellulose)、乙酸纤维素(celluloseacetate)、乙酸丁酸纤维素(cellulose acetate butylate)、乙酸丙酸纤维素(cellulose acetate propionate)、氰乙基支链淀粉(cyanoethylpullulan)、氰乙基聚乙烯醇(cyanoethyl polyvinyl alcohol)、氰乙基纤维素(cyanoethylcellulose)、氰乙基蔗糖(cyanoethyl sucrose)、支链淀粉(pullulan)和具有分子量为10000g/mol以下的低分子量化合物，或其混合物，但不限于此。
并且，当非极性溶剂被用作用于制造所述填充床的溶剂时，所述第一聚合物粘合剂可以是选自下列的任一种聚合物：聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、聚丙烯酸丁酯(polybutylacrylate)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚乙烯基吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)、聚乙酸乙烯酯(polyvinylacetate)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯(polyethylene-co-vinylacetate)、聚环氧乙烷(polyethylene oxide)、聚芳酯(polyarylate)、乙酸纤维素(cellulose acetate)、乙酸丁酸纤维素(cellulose acetate butyrate)、乙酸丙酸纤维素(cellulose acetate propionate)、氰乙基支链淀粉(cyanoethylpullulan)、氰乙基聚乙烯醇(cyanoethyl polyvinyl alcohol)、氰乙基纤维素(cyanoethyl cellulose)、氰乙基蔗糖(cyanoethyl sucrose)、支链淀粉(pullulan)和具有分子量为10000g/mol以下的低分子量化合物，或其混合物，但不限于此。
并且，在本发明的隔离层中使用的所述第二无机颗粒可以是Al2O3、BaTiO3、TiO2、CeO2、SiO2、ZrO2、SnO2、CuO、ZnO等，但不限于此。
当极性溶剂被用作用于制造所述隔离层的溶剂时，所述第二聚合物粘合剂可以是选自下列的任一种聚合物：聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、苯乙烯丁二烯橡胶(styrene butadiene rubber)、聚环氧乙烷(polyethyleneoxide)、羧甲基纤维素(carboxyl methyl cellulose)、乙酸纤维素(celluloseacetate)、乙酸丁酸纤维素(cellulose acetate butylate)、乙酸丙酸纤维素(cellulose acetate propionate)、氰乙基支链淀粉(cyanoethyl pullulan)、氰乙基聚乙烯醇(cyanoethyl polyvinyl alcohol)、氰乙基纤维素(cyanoethylcellulose)、氰乙基蔗糖(cyanoethyl sucrose)、支链淀粉(pullulan)和具有分子量为10000g/mol以下的低分子量化合物，或其混合物，但不限于此。
并且，当非极性溶剂被用作用于制造所述隔离层的溶剂时，所述第二聚合物粘合剂可以是选自下列的任一种聚合物：聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、聚丙烯酸丁酯(polybutylacrylate)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚乙烯基吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)、聚乙酸乙烯酯(polyvinylacetate)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯(polyethylene-co-vinylacetate)、聚环氧乙烷(polyethylene oxide)、聚芳酯(polyarylate)、乙酸纤维素(cellulose acetate)、乙酸丁酸纤维素(cellulose acetate butyrate)、乙酸丙酸纤维素(cellulose acetate propionate)、氰乙基支链淀粉(cyanoethylpullulan)、氰乙基聚乙烯醇(cyanoethyl polyvinyl alcohol)、氰乙基纤维素(cyanoethyl cellulose)、氰乙基蔗糖(cyanoethyl sucrose)、支链淀粉(pullulan)和具有分子量为10000g/mol以下的低分子量化合物，或其混合物，但不限于此。
此外，本发明可以提供包含阴极、阳极和电解质的电化学设备，其中所述阴极、所述阳极或这两种电极为如上所述的电极，且所述电化学设备可以是锂二次电池。
有益效果
用于本发明的电化学设备的电极具有与电极活性材料层相连的填充床，因此所述隔离层容易涂布在电极活性材料层的整个表面。此外，所述电化学设备的安全性可得到保证，这是因为即使在涂布所述隔离层之后所述电极活性材料层也不暴露在外。
附图说明
附图说明了本发明的优选实施方案，并且连同前述公开内容一起用来提供对本发明的技术构思的进一步理解。然而，本发明不应理解为限于附图。
图1示出了本发明优选实施方案的形成有隔离层的电极的剖面图。
图2是电极组件的剖面图，所述电极组件使用了本发明优选实施方案的具有填充床和隔离层的电极。
图3是电极组件的剖面图，所述电极组件使用了本发明优选实施方案的具有填充床和隔离层的电极。
图4为根据本发明实施例1制造的阳极的横截面的SEM照片。
图5为根据本发明实施例1完成的双电池的SEM照片。
具体实施方式
在下文中将详细描述本发明。在描述之前，应理解本说明书和随附的权利要求书中所使用的术语或用语不应理解为限于通常含义和字典含义，而应基于允许发明人为了最佳解释而对术语进行适当限定的原则、根据与本发明的技术现状相对应的含义和概念进行解释。
图1概略地示出了本发明电极的一个实施方案。然而，本文中提出的实施方案只是仅针对说明目的的优选实施例，不意在限制本发明的范围，所以应理解在不偏离本公开的精神和范围的情况下，可以存在在提出本申请时可以代替实施方案的等同方案或变形方案。
参考图1，用于本发明电化学设备100的电极包含：电极集电器110；电极活性材料层120，其在所述电极集电器110的至少一个表面的一部分上形成，并包含电极活性材料；填充床130，其在所述电极集电器两侧的未涂布区域上形成并包含第一无机颗粒和第一聚合物粘合剂的混合物，在所述电极集电器两侧的未涂布区域上不形成所述电极活性材料层，涂布所述填充床使其与所述电极活性材料层120相连；以及隔离层140，其在所述电极活性材料层120的表面和所述填充床130的表面同时形成，并包含第二无机颗粒和第二聚合物粘合剂的混合物。
一般而言，当使用常见的膜或薄膜作为隔膜时，热稳定性会劣化。因此，可通过在电极表面形成含有无机颗粒的隔离层来保证热稳定性。然而，当在电极活性材料层的表面形成含有无机颗粒的隔离层时，难以在所述电极活性材料层的末端(end)或边缘(edge)部分形成所述隔离层。因此，当形成电极组件时，由于所述电极活性材料层在所述电极的末端或边缘部分暴露在外，可能会有短路的危险。
另一方面，本发明的电极具有在所述电极活性材料层的两个末端或边缘连续形成的填充床。因此，所述隔离层也在所述填充床的表面上形成，从而可防止所述电极活性材料层暴露在外。因此，由于用于本发明电化学设备的电极具有与所述电极活性材料层相连的填充床，所述隔离层易于涂布在所述电极活性材料层的整个表面。此外，由于即使在涂布所述隔离层之后所述电极活性材料层也不暴露在外，所述电化学设备的安全性可以得到保证。
所述电极集电器110可以是用下列材料制造的一种集电器：不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳、铜；表面用碳、镍、钛或银处理的不锈钢；铝-镉合金等，但不限于此。
所述电极活性材料层在所述电极集电器表面的一部分上形成，因此，在所述电极集电器的两个末端或边缘存在未涂布区域，在其上未形成或未涂布所述电极活性材料层。并且，在所述未涂布区域形成与所述电极活性材料层相连的所述填充床。随后，将隔离层同时涂布在所述电极活性材料层的表面和所述填充床的表面。
本发明的电极活性材料层可以是阳极活性材料层或阴极活性材料层。
当本发明的电极活性材料层为阳极活性材料层时，其可用由下列材料组成的活性材料颗粒制造：天然石墨、人造石墨、碳质材料；金属(Me)，其为含锂的钛复合氧化物(LTO)、Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni或Fe；由金属(Me)组成的合金；金属(Me)的氧化物(MeOx)；及金属(Me)和碳的复合物等。并且，当本发明的电极活性材料层为阴极活性材料层时，其可用选自下列的活性材料颗粒制造：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCoPO4、LiFePO4、LiNiMnCoO2和LiNi1-x-y–zCoxM1yM2zO2(其中，M1和M2各自独立地为选自下列的任一种：Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo，且x、y和z各自独立地为氧化物组成元素的原子分数，其中0≤x<0.5，0≤y<0.5，0≤z<0.5且x+y+z≤1)。
本发明的填充床包含第一无机颗粒和第一聚合物粘合剂。
在本发明填充床中使用的所述第一无机颗粒可以是选自下列的一种化合物：Al2O3、BaTiO3、TiO2、CeO2、SiO2、ZrO2、SnO2、CuO和ZnO，或其两种以上的混合物，但不限于此。
并且，在所述阳极与水性溶剂一起使用的情况下，优选将极性溶剂用作用于制造所述填充床的溶剂。并且所述第一聚合物粘合剂可以是选自下列的聚合物：聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、苯乙烯丁二烯橡胶(styrenebutadiene rubber)、聚环氧乙烷(polyethylene oxide)、羧甲基纤维素(carboxyl methyl cellulose)、乙酸纤维素(cellulose acetate)、乙酸丁酸纤维素(cellulose acetate butylate)、乙酸丙酸纤维素(cellulose acetatepropionate)、氰乙基支链淀粉(cyanoethyl pullulan)、氰乙基聚乙烯醇(cyanoethyl polyvinyl alcohol)、氰乙基纤维素(cyanoethyl cellulose)、氰乙基蔗糖(cyanoethyl sucrose)、支链淀粉(pullulan)和具有分子量为10000g/mol以下的低分子量化合物，或其混合物，但不限于此。
此外，在所述阴极与非水性溶剂一起使用的情况下，优选将非极性溶剂用作用于制造所述填充床的溶剂。并且，所述第一聚合物粘合剂可以是选自下列的聚合物：聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯(polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene)、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、聚丙烯酸丁酯(polybutylacrylate)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚乙烯基吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone),、聚乙酸乙烯酯(polyvinylacetate)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯(polyethylene-co-vinylacetate)、聚环氧乙烷(polyethylene oxide)、聚芳酯(polyarylate)、乙酸纤维素(cellulose acetate)、乙酸丁酸纤维素(cellulose acetate butyrate)、乙酸丙酸纤维素(cellulose acetate propionate)、氰乙基支链淀粉(cyanoethylpullulan)、氰乙基聚乙烯醇(cyanoethyl polyvinyl alcohol)、氰乙基纤维素(cyanoethyl cellulose)、氰乙基蔗糖(cyanoethyl sucrose)、支链淀粉(pullulan)和具有分子量为10000g/mol以下分子量的低分子量化合物，或其混合物，但不限于此。
本发明的隔离层包含第二无机颗粒和第二聚合物粘合剂。
所述第二无机颗粒可以是选自下列的一种化合物：Al2O3、BaTiO3、TiO2、CeO2、SiO2、ZrO2、SnO2、CuO和ZnO，或其两种以上的混合物，但不限于此。
并且，在所述阳极与水性溶剂一起使用的情况下，优选将极性溶剂用作用于制造所述隔离层的溶剂。并且，所述第二聚合物粘合剂可以是选自下列的聚合物：聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、苯乙烯丁二烯橡胶(styrenebutadiene rubber)、聚环氧乙烷(polyethylene oxide)、羧甲基纤维素(carboxyl methyl cellulose)、乙酸纤维素(cellulose acetate)、乙酸丁酸纤维素(cellulose acetate butylate)、乙酸丙酸纤维素(cellulose acetatepropionate)、氰乙基支链淀粉(cyanoethyl pullulan)、氰乙基聚乙烯醇(cyanoethyl polyvinyl alcohol)、氰乙基纤维素(cyanoethyl cellulose)、氰乙基蔗糖(cyanoethyl sucrose)、支链淀粉(pullulan)和具有分子量为10000g/mol以下的低分子量化合物，或其混合物，但不限于此。
此外，在所述阴极与非水性溶剂一起使用的情况下，优选将非极性溶剂用作用于制造所述隔离层的溶剂。并且，所述第二聚合物粘合剂可以是选自以下的聚合物：聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯(polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene)、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、聚丙烯酸丁酯(polybutylacrylate)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚乙烯基吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)、聚乙酸乙烯酯(polyvinylacetate)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯(polyethylene-co-vinylacetate)、聚环氧乙烷(polyethylene oxide)、聚芳酯(polyarylate)、乙酸纤维素(cellulose acetate)、乙酸丁酸纤维素(cellulose acetate butyrate)、乙酸丙酸纤维素(cellulose acetate propionate)、氰乙基支链淀粉(cyanoethylpullulan)、氰乙基聚乙烯醇(cyanoethyl polyvinyl alcohol)、氰乙基纤维素(cyanoethyl cellulose)、氰乙基蔗糖(cyanoethyl sucrose)、支链淀粉(pullulan)和具有分子量为10000g/mol以下的低分子量化合物，或其混合物，但不限于此。
本发明提供了包含阴极、阳极和电解质的电化学设备，其中所述阴极、所述阳极或这两种电极为具有多孔涂层的电极，所述多孔涂层由无机颗粒和聚合物粘合剂组成，其可代替所述电极表面的隔膜。所述电化学设备可以是任何设备，在所述设备中可发生电化学反应，且所述电化学设备的具体实例包括所有类型的一次电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池或电容器(capacitor)等。
所述电化学设备可用如上制备的电极制造。例如，其可通过如下步骤制造：通过诸如缠绕(winding)或堆叠(stacking)的工艺组装如上制备的电极，所述电极形成有多孔涂层；随后向其中注入电解质溶液，不需使用常规的聚烯烃系微孔隔膜。
可在本发明的电化学设备中使用的电解质可以是通过将盐溶解在有机溶剂中而制造的一种电解质。所述盐具有由A+B-代表的结构，其中A+为碱金属阳离子，如Li+、Na+、K+及其组合，且B-为阴离子，如PF6 -、BF4 -、Cl-、Br-、I-、ClO4 -、AsF6 -、CH3CO2 -、CF3SO3 -、N(CF3SO2)2 -、C(CF2SO2)3 -及其组合。所述有机溶剂的实例包括碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、二甲亚砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氢呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸甲乙酯(EMC)、γ-丁内酯及其混合物，但不限于此。
根据制造方法和最终产品的所需物理性质，所述电解质溶液可在电池制造过程中的任一合适步骤注入。具体而言，所述电解质可在组装电池之前注入或在组装的最后步骤中注入。
图2和图3概略地示出了用于本发明优选实施方案的电化学设备的电极组件的剖面图。
参考图2，在本发明的电极组件200中，所述阳极和所述阴极两者都具有填充床230、280和隔离层240、290。另一方面，参考图3，另一电极组件300可由含有填充床330和隔离层340的电极和不含填充床和隔离层的电极360、370组成。
为了更好的理解，在下文中将详细描述本发明的各种优选实施例。然而，本发明的实施例可用各种方式修改，且其不应解释为限制本发明的范围。本发明的实施例仅为了使本领域普通技术人员更好地理解本发明。
实施例
实施例1：电极的制备
水性阳极活性材料浆体通过使用石墨作为阳极活性材料而制造。并且，作为第一聚合物粘合剂，苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素(CMC)以2:1的比例混合并溶解在水中，随后使作为第一无机颗粒的二氧化钛(TiO2)分散，以获得用于填充床的浆体。此外，作为第二无机颗粒，氧化铝(Al2O3)和钛酸钡(BaTiO3)以8:2的比例混合，并将所得混合物分散在水性溶液中以获得用于隔离层的浆体，其中所述水性溶液通过如下方法制造：以2:1的比例混合作为第二聚合物粘合剂的苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素(CMC)，随后将其溶解在水中。
并且，通过使用封装模具(encapsulation die)将阳极活性材料注入由铜制成的电极集电器的中心部位，以形成阳极活性材料层。将所制备的用于填充床的浆体注入所述电极集电器的两个边缘，随后干燥，以形成填充床，从而制造阳极。所制造的阳极的横截面的SEM图像示于图4。
将所制备的用于隔离层的浆体同时涂布在所制备的阳极活性材料层的表面和所制备的填充床的表面，随后干燥，以形成隔离层，从而制造阳极。
将阴极层压在根据上述方法制造的含有填充床和隔离层的阳极上，以完成双电池。所完成的双电池的横截面的SEM图像示于图5。
已证实，所完成的双电池的绝缘电阻为1MΩ以上，且仅通过陶瓷填充床和隔离层就充分实现了防止电路短路的作用。
实施例2：电极的制备
阴极活性材料浆体通过在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中分散作为阴极活性材料的LiCoO2而制造。并且，用于填充床的浆体通过使用以下溶液而制备，所述溶液通过在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中溶解作为第一无机颗粒的氧化铝(Al2O3)和作为聚合物粘合剂的聚偏二氟乙烯(PVdF)而制造。此外，用于隔离层的浆体通过使用以下溶液而制备，所述溶液通过如下方法制造：以8:2的比例混合作为第二无机颗粒的氧化铝(Al2O3)和碳酸钡(BaTiO3)，且以9:1的比例混合作为第二聚合物粘合剂的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVdF-HFP)和氰乙基聚乙烯醇，随后将所得混合物溶解在丙酮中。
并且，将阴极活性材料注入由铝制成的电极集电器中，并干燥，以形成阴极活性材料层。通过喷墨法将所制备的用于填充床的浆体涂布在存在于电极集电器的两个末端或边缘的未涂布区域上并干燥，以形成填充床，从而制造阴极。
将所制备的用于隔离层的浆体同时涂布在所制备的阴极活性材料层的表面和所制备的填充床的表面，随后干燥，以形成隔离层，从而制造阴极。
将阳极层压在根据上述方法制造的含有填充床和隔离层的阴极上，以完成双电池。
已证实，所完成的双电池的绝缘电阻为1MΩ以上，且仅通过含有无机颗粒的填充床和隔离层就充分实现了防止电路短路的作用。

Claims (12)

1.一种用于电化学设备的电极，其包含：
电极集电器；
电极活性材料层，其在所述电极集电器的至少一个表面的一部分上形成，并且包含电极活性材料；
填充床，其在所述电极集电器两侧的未涂布区域上形成并包含第一无机颗粒和第一聚合物粘合剂的混合物，在所述电极集电器两侧的未涂布区域上不形成所述电极活性材料层，涂布所述填充床以使其与所述电极活性材料层相连；及
隔离层，其在所述电极活性材料层的表面和所述填充床的表面同时形成，并包含第二无机颗粒和第二聚合物粘合剂的混合物。
2.根据权利要求1所述的用于电化学设备的电极，其特征在于，
所述电极集电器用如下材料制造：不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳、铜；表面用碳、镍、钛或银处理的不锈钢；或铝-镉合金。
3.根据权利要求1所述的用于电化学设备的电极，其特征在于，
所述电极活性材料由选自下列的任一种活性材料颗粒组成：天然石墨、人造石墨、碳质材料；金属(Me)，其为含锂的钛复合氧化物(LTO)、Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni或Fe；由金属(Me)组成的合金；金属(Me)的氧化物(MeOx)；以及金属(Me)和碳的复合物，或其两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的用于电化学设备的电极，其中所述电极活性材料为选自下列的任一种活性材料颗粒：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCoPO4、LiFePO4、LiNiMnCoO2和LiNi1-x-y–zCoxM1yM2zO2，或其两种以上的混合物，其中，M1和M2各自独立地为选自下列的任一种：Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo，且x、y和z各自独立地为氧化物组成元素的原子分数，其中0≤x<0.5，0≤y<0.5，0≤z<0.5且x+y+z≤1。
5.根据权利要求1所述的用于电化学设备的电极，其特征在于，
所述第一无机颗粒包含选自下列的一种化合物：Al2O3、BaTiO3、TiO2、CeO2、SiO2、ZrO2、SnO2、CuO和ZnO，或其两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的用于电化学设备的电极，其特征在于，
所述第一聚合物粘合剂为选自下列的任一种聚合物粘结剂：聚乙烯醇、苯乙烯丁二烯橡胶、聚环氧乙烷、羧甲基纤维素、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉和具有分子量为10000g/mol以下的低分子量化合物，或其两种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的用于电化学设备的电极，其特征在于，
所述第一聚合物粘合剂为选自下列的任一种聚合物粘合剂：聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚芳酯、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉和具有分子量为10000g/mol以下的低分子量化合物，或其两种以上的混合物。
8.根据权利要求1所述的用于电化学设备的电极，其特征在于，
所述第二无机颗粒包含选自下列的一种化合物：Al2O3、BaTiO3、TiO2、CeO2、SiO2、ZrO2、SnO2、CuO和ZnO，或其两种以上的混合物。
9.根据权利要求1所述的用于电化学设备的电极，其特征在于，所述第二聚合物粘合剂为选自下列的任一种聚合物粘合剂：聚乙烯醇、苯乙烯丁二烯橡胶、聚环氧乙烷、羧甲基纤维素、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉和具有分子量为10000g/mol以下的低分子量化合物，或其两种以上的混合物。
10.根据权利要求1所述的用于电化学设备的电极，其特征在于，
所述第二聚合物粘合剂为选自下列的任一种聚合物粘合剂：聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚芳酯、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉和具有分子量为10000g/mol以下的低分子量化合物，或其两种以上的混合物。
11.一种电化学设备，包含阴极、阳极和电解质，其特征在于,
所述阴极、所述阳极或这两种电极为权利要求1至10中任一项所述的电极。
12.根据权利要求11所述的电化学设备，其为锂二次电池。
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