CN104854743B - 具有低电阻的电化学装置用电极、其制造方法和包含所述电极的电化学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高容量的电极，其用于使由粘合剂聚合物或导电材料所造成的电阻增加最小化；其制造方法；和使用其的电化学装置。使用逐步的高剪切混合工序制造电极复合浆料，使得细粒的导电材料和粘合剂聚合物均匀地分散在所述电极复合浆料中。此外，在电极复合浆料中使用高容量的电极活性材料，从而制造高容量的电化学装置。

Description

具有低电阻的电化学装置用电极、其制造方法和包含所述电 极的电化学装置
技术领域
本申请要求在2013年3月19日在韩国提交的韩国专利申请10-2013-0029335号和在2014年3月19日在韩国提交的韩国专利申请10-2014-0031969号的优先权，通过参考将其公开内容并入本文中。
本公开内容涉及具有低电阻的电化学装置用电极、其制造方法和包含所述电极的电化学装置，并且更特别地，涉及具有较低电阻的电化学装置用电极、其制造方法和包含所述电极的电化学装置，在所述电极中粘合剂聚合物和导电材料以较小的尺寸分散。
背景技术
随着移动装置的技术开发和需求增加，对作为能源的可再充电的电化学装置的需求急剧增加，并且正在广泛地进行对满足各种需求的电化学装置的研究。作为电化学装置的代表性实例，可以给出锂二次电池。
锂二次电池具有如下结构：其中，在隔膜置于正极和负极之间的情况下使用正极和负极形成电极组件，所述正极和所述负极各自通过在集电器上涂布活性材料而制造，并且所述电极组件浸渗有包含锂盐的非水电解液。
通过分别在各集电器上涂布正极混合物浆料和负极混合物浆料而形成正极和负极，并且作为正极活性材料，已经使用锂钴基氧化物、锂锰基氧化物、锂镍基氧化物和锂复合氧化物，并且作为负极活性材料，已经主要使用碳基材料。
近来，具有高放电容量并同时充分显示高容量特性的正极活性材料如锂镍基氧化物引起了更多关注。然而，当通过一般方法将包含高容量正极活性材料的电极混合物浆料混合时，存在如下缺点：基于电压区域的晶体结构破坏和由产生的金属离子造成的负极固体电解质中间相(SEI)层的性能的劣化。
由于广泛用作负极活性材料的石墨基材料几乎达到372mAh/g的其理论最大容量，所以在充分用作快速变化的下一代能源方面，石墨基材料暴露了其限制。在将锂金属用作负极活性材料的情况下，由于其非常高的能量密度而可能实现高容量，但是在重复充放电期间存在由枝晶造成的安全性问题和短循环寿命问题。另外，已经进行尝试以使用碳纳米管作为负极活性材料，但是已经注意到碳纳米管的低产率、高成本和50％以下的低初始效率。同时，由于已知硅、锡或其合金能够通过与锂形成化合物的反应而可逆地嵌入和脱嵌大量锂，所以近来正广泛地进行研究以使用这些材料作为负极活性材料。例如，由于硅具有比石墨基材料高得多的约4020mAh/g的理论最大容量，因此硅是有希望的高容量负极活性材料。
粘合剂聚合物用于活性材料之间的粘合以及活性材料和集电器之间的粘合，并且通过阻止电池充放电期间的体积膨胀而对电池特性具有重要的影响。然而，当将过量的粘合剂聚合物用于降低充放电期间的体积变化时，可能使活性材料从集电器的脱离减少，但是由于粘合剂聚合物的电绝缘性而致电阻增加并且活性材料的量相对下降，从而导致容量下降。
更具体地，广泛用作粘合剂聚合物的聚偏二氟乙烯(PVdF)的粘合强度欠佳，带来安全性问题并由于在制备浆料时使用有机溶剂而造成环境污染。为了解决PVdF的这些问题，提出了如下方法：对水性粘合剂聚合物如丁苯橡胶(SBR)进行水性聚合并将其与增稠剂等混合。水性粘合剂聚合物是环境友好的并且具有粘合剂聚合物的使用含量下降和由此电池容量增大的优点，但是具有因包含聚合物即绝缘材料而造成的电导率低的缺点。
将导电材料添加到电极混合物中以提高电极的导电性。然而，因为导电材料是疏水性的，所以润湿性低并且导电材料粒子对凝聚的易感性大，从而与活性材料或粘合剂聚合物的均匀分散和混合是不可能的。另外，因为导电材料不能渗透粘合剂聚合物即绝缘材料，所以在提高电导率方面存在限制。
近来，为了满足电化学装置市场上的高容量/低电阻电化学装置的增长的需求，对导电材料的细粒化的需求增加。为了跟上导电材料的细粒化，导电材料的尺寸下降至纳米水平，结果，导电材料对凝聚的易感性进一步增大，这使得与电极活性材料和粘合剂聚合物的均匀分散更加困难。
特别地，因为多孔活性材料通常显示剪切增稠(shear thickening)特性的流变性质，所以使用多孔活性材料的电极混合物浆料在与导电材料的均匀分散方面存在困难。
发明内容
技术问题
设计了本公开内容以解决上述技术问题，因此，本公开内容旨在通过改变导电材料/聚合物粘合剂/活性材料的适当组合和制造方法而获得低电阻/高容量电池。
技术方案
根据本公开内容的一方面，提供一种电极，其包含活性材料成分、粘合剂聚合物和导电材料，其中所述粘合剂聚合物结合至所述导电材料，并且所述结合的粘合剂聚合物具有在27000～380000范围内的分子量。
所述粘合剂聚合物可具有69000～100000范围内的分子量。
所述粘合剂聚合物可以为选自如下的任一种：聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、丙烯酸化的丁苯橡胶、或其混合物。
所述粘合剂聚合物可以为选自如下的任一种：羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚四氟乙烯、液体硅橡胶(LSR)、或其混合物。
所述导电材料可以为选自如下的任一种：碳质材料，包括天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维；金属材料，包括铜、镍、铝、银的金属粉末或金属纤维；和导电聚合物，包括聚苯撑衍生物，或其混合物。
所述导电材料可具有5nm～100nm的一次凝聚体粒径。
所述导电材料可具有30nm～1μm的二次凝聚体粒径。
所述活性材料成分可以为选自如下的任一种：由LiaNixMnyCozO2表示的化合物，其中0.6<a/(x+y+z)<1.0且1.4<x+y+z<2.5；LiCoO2；LiFeO4；或其混合物。
所述活性材料成分可以为硅基化合物、锡基化合物或其混合物。
基于100重量份的活性材料固体含量，可以以5重量份～10重量份的量使用所述粘合剂聚合物。
基于100重量份的活性材料固体含量，可以以3重量份～15重量份的量使用所述导电材料。
根据本公开内容的另一方面，提供包含以上电极的电化学装置。
所述电化学装置可以为锂二次电池。
所述电化学装置可以在作为运行电压的4.2V以上的电压范围(全电池)内运行。
根据本公开内容的另一方面，提供一种制造电极的方法，包括：进行浆料的第一高剪切混合，所述浆料包含在其中分散的粘合剂聚合物；向所述浆料添加导电材料，并进行第二高剪切混合；在获得的浆料中添加电极活性材料并将其分散以获得电极混合物浆料；以及将所述电极混合物浆料涂布在集电器上并干燥。
所述第一高剪切混合和所述第二高剪切混合各自可以通过珠磨机、微射流均质机(microfludizer)、费尔混合器(Fil mixer)或行星式分散混合器而独立地进行。
所述第一高剪切混合和所述第二高剪切混合各自可以以20000～40000rpm进行。
所述第一高剪切混合工序之后的粘合剂聚合物可具有在27000～380000范围内的分子量。
所述第二高剪切混合工序之后的浆料可具有在20mV～100mV范围内的ζ电位绝对值。
有益效果
根据本公开内容的一方面，通过将细粒的导电材料在活性材料之间均匀分散，使得要最终制造的电化学装置的低电阻成为可能。另外，当使用高容量活性材料时，可以获得具有低电阻和高容量特性的电化学装置。
附图说明
图1a示意性地示出根据现有技术制备的电极混合物浆料中粘合剂聚合物和导电材料的结合的实例，且图1b示意性地示出根据本公开内容示例性实施方式制备的电极混合物浆料中粘合剂聚合物和导电材料的结合的实例。
图2a示意性地示出根据现有技术制备的电极混合物浆料中活性材料、粘合剂聚合物和导电材料的结合的实例，图2b示意性地示出根据本公开内容制备的电极混合物浆料中活性材料、粘合剂聚合物和导电材料的结合的实例。
图3是示出在实施例1和比较例1中制备的包含粘合剂聚合物的浆料的粘度的图。
图4是示出在实施例2和比较例2中制备的包含粘合剂聚合物和导电材料的浆料的粘度的图。
图5是在实施例3中制造的锂离子电容器的充放电图。
具体实施方式
在下文中，将详细描述本公开内容。在说明之前应理解，在说明书和所附权利要求书中使用的术语不应被解释为限于一般的和字典的含义，而是在允许本发明人为了最好的说明而适当定义术语的原则的基础上，基于对应于本公开内容技术方面的含义和概念而解释。
根据本公开内容的一方面，提供如下电极混合物浆料，其中导电材料与活性材料和粘合剂聚合物均匀地分散。
可以用于电极混合物浆料中的粘合剂聚合物需要粘合活性材料粒子并且将活性材料粘合至集电器。粘合剂聚合物的非限制性实例包括聚乙烯醇，羧甲基纤维素，羟丙基纤维素，二乙酰基纤维素，聚氯乙烯，羧化聚氯乙烯，聚氟乙烯，含有环氧乙烷的聚合物，聚乙烯基吡咯烷酮，聚氨酯，聚四氟乙烯，聚偏二氟乙烯，聚乙烯，聚丙烯，丁苯橡胶，丙烯酸化的丁苯橡胶，环氧树脂和尼龙。
当制备正极混合物时，通常使用有机溶剂如N-甲基吡咯烷酮(NMP)，并且在这种情况下，可以优选使用溶液型粘合剂聚合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)。负极混合物通常是水性的，并且在这种情况下，可以优选使用乳液型粘合剂聚合物如丁苯橡胶(SBR)和增稠剂羧甲基纤维素(CMC)。例如，作为正极混合物用粘合剂聚合物，可以使用聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯和丙烯酸化的丁苯橡胶，并且作为负极混合物用粘合剂聚合物，可以使用羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚四氟乙烯和液体硅橡胶(LSR)，但本公开内容不限于此。
在第一高剪切混合工序之前的粘合剂聚合物的分子量没有特别限制，并且例如可以在约为几十万至几百万的范围内，但在根据本公开内容的第一高剪切混合工序之后，粘合剂聚合物经历分割并且具有27000～380000范围内或69000～100000范围内的分子量。当粘合剂聚合物的分子量小于27000时，分散性下降，并且当粘合剂聚合物的分子量高于380000时，再凝聚造成分散特性的劣化。更优选地，粘合剂聚合物具有69000～100000范围内的分子量。
基于100重量份的用于电极混合物浆料中的活性材料的固体含量，可以以5重量份～10重量份的量使用粘合剂聚合物。
所述粘合剂聚合物包含在溶剂中以形成粘合剂聚合物分散液(浆料)。作为溶剂，可以使用本领域中使用的典型溶剂，并且作为非限制性实例，可以给出N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇，其混合物或水。
导电材料是用于对电极赋予电导率的物质，并且可以使用任何材料，只要所述材料是导电性的并且不会在要制造的电池中造成化学变化即可。
可用于本公开内容的导电材料的非限制性实例可以包括碳基材料如天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑和碳纤维；金属材料如铜、镍、铝和银的金属粉末或金属纤维；导电聚合物如聚苯撑衍生物，或者其混合物。
导电材料的尺寸没有特别限制，但是为了满足导电材料的细粒化的需要，优选5nm～100nm的一次凝聚体粒径和30nm～1μm的二次凝聚体粒径。当导电材料具有上述范围内的粒径时，因为足以进入活性材料之间的间隙体积，所以使得活性材料之间的充分电接触成为可能。
基于电极混合物浆料中包含的活性材料的100重量份固体含量，可以以3重量份～15重量份的量使用导电材料。
就这点而言，参考图1a和1b，图1a示意性地示出其中根据现有技术向包含粘合剂聚合物的浆料中添加导电材料的示例性实施方式，且图1b示意性地示出其中根据本公开内容的示例性实施方式在包含粘合剂聚合物的浆料中分散导电材料的示例性实施方式。
在图1a中，导电材料一次凝聚体1凝聚在一起而形成二次凝聚体2，并且这种二次凝聚体2也通过拉链袋效果(zipper bag effect)凝聚在一起并且粘合剂聚合物3将它们围绕。
相反，在图1b的导电材料的情况中，一次凝聚体1凝聚在一起而形成二次凝聚体2，但是二次凝聚体2单独地分散。即，多个二次凝聚体并不发生由拉链袋效果造成的凝聚，并且各二次凝聚体由粘合剂聚合物3所围绕。
作为可用于本公开内容的电极活性材料，可以使用本领域中通常使用的电极活性材料，但是为了制造高容量电池，优选使用能够实现高容量的正极活性材料和/或负极活性材料。
本文中使用的术语“高容量电池”表示在作为运行电压的4.2V以上的电压范围(全电池)内运行的电池。
作为能够实现高容量的正极活性材料的非限制性实例，可以给出由LiaNixMnyCozO2表示的化合物，其中0.6<a/(x+y+z)<1.0且1.4<x+y+z<2.5，例如，LiCoO2和LiFeO4。
可用于本公开内容的负极活性材料的非限制性实例可包括碳和石墨材料如天然石墨、人造石墨、可膨胀石墨、碳纤维、非石墨化碳、碳黑、碳纳米管、富勒烯、活性炭；可与锂合金化的金属如Al、Si、Sn、Ag、Bi、Mg、Zn、In、Ge、Pb、Pd、Pt和Ti，以及包含这种元素的化合物；所述金属及其化合物与碳和石墨材料的复合物；以及含锂的氮化物。特别地，为了制造高容量电池，优选高容量负极活性材料如硅基或锡基负极活性材料。硅基或锡基负极活性材料的非限制性实例可以包括硅(Si)粒子、锡(Sn)粒子、硅-锡合金粒子，其合金粒子和其复合物。所述合金可以典型地包括但不限于例如铝(Al)、锰(Mn)、铁(Fe)和钛(Ti)在硅中的固溶体、金属间化合物和共晶合金。硅或锡粒子的尺寸在0.1μm～5μm、优选0.1μm～2μm、更优选0.1μm～1μm的范围内。
就这点而言，参考图2a和2b，图2a示意性地示出其中根据现有技术将活性材料、粘合剂聚合物和导电材料分散的示例性实施方式，且图2b示意性地示出其中根据本公开内容将活性材料、粘合剂聚合物和导电材料分散的示例性实施方式。
参考图2a，由导电材料一次凝聚体1形成的二次凝聚体2通过拉链袋效果而聚在一起，并且导电材料和粘合剂聚合物布置在活性材料4间的间隙体积中。
相反，如示出本公开内容的示例性实施方式的图2b中所示，由导电材料一次凝聚体1形成的导电材料二次凝聚体2具有比图2a的二次凝聚体更小的尺寸，并且各导电材料二次凝聚体2被粘合剂聚合物3围绕且布置在活性材料4间的间隙体积中。
从图2a和2b的比较可以看出，根据本公开内容的示例性实施方式的导电材料较不易凝聚并且与根据现有技术的导电材料相比，可以以更小的规模分散，并且粘合剂聚合物也以小尺寸形成且结合至导电材料，结果，导电材料和与其结合的粘合剂聚合物可以更均匀地分散在活性材料间隙体积中。因此，可以产生更高的导电效果和活性材料粘合效果。
不同于在根据现有技术将导电材料、粘合剂聚合物和活性材料在一个工序中混合与分散时出现的拉链袋效果(参见图1a)，在本公开内容的示例性实施方式中，对各导电材料一次凝聚体赋予润湿性能，从而如图1b中所示，确保高分散性/粘合性。
可以通过ζ电位绝对值确定本公开内容的电极混合物浆料的分散性。在此，“ζ电位”是指示悬浮在液体中的胶体粒子的表面电荷的量的指标，并且是在胶体粒子由于外部施加的电场而在与表面电位的符号相反的方向上移动时，考虑到施加的电场强度和流体动力效应(溶剂的粘度和介电常数)而计算的粒子移动速度的值。即，随着ζ电位的绝对值变得更高，粒子之间的斥力增大，并且分散性和分散保持性增加，相反，随着ζ电位接近0，粒子更容易凝聚。
通过典型的混合工序获得的电极混合物浆料通常具有5mV～20mV范围内的ζ电位，而本公开内容的电极混合物浆料具有20mV～100mV范围内的ζ电位，并且这表示本公开内容的电极混合物浆料的分散性高。
除了上文中所述的活性材料、粘合剂聚合物和导电材料之外，根据本公开内容的示例性实施方式的电极混合物浆料可还包含增稠剂、填料、偶联剂和粘附促进剂。
根据本公开内容的另一方面，提供一种制造电极的方法，所述方法包括：进行包含粘合剂聚合物的浆料的第一高剪切混合，向所述浆料中添加导电材料并进行第二高剪切混合，在获得的浆料中添加电极活性材料并将其分散以获得电极混合物浆料，以及将所述电极混合物浆料涂布在集电器上并干燥。
根据本公开内容的示例性实施方式，在每个步骤都进行电极混合物浆料的混合，并且通过高剪切混合来分散粘合剂聚合物和导电材料中的每一种，但是可以通过本领域中的通用搅拌方法混合活性材料。
通过第一高剪切混合而具有几万至几十万水平的分子量的粘合剂聚合物具有大幅度减少的水平的分子量。优选地，粘合剂聚合物具有27000～380000范围内、更优选69000～100000范围内的分子量。
另外，第二高剪切混合使得导电材料可均匀分散。
第一和第二高剪切混合工序各自可以通过具有高剪切力的分散装置独立地进行，并且作为具有高剪切力的分散装置的非限制性实例，可以给出珠磨机、微射流均质机(MFD)、费尔混合器和行星式分散混合器。例如，在其中使用MFD混合器作为高剪切混合器的情况下，可以以通过100μm水准的毛细管径为基准，在对浆料施加20000rpm～40000rpm的剪切压力的情况下进行高剪切混合工序。
另外，还可以根据目标产品的需要和原料的性质而对活性材料的混合应用高剪切混合器。
根据本公开内容的另一方面，提供其中电极混合物浆料涂布在集电器上的电化学装置。集电器是其中在活性材料的电化学反应中发生电子的移动的位置，并且基于电极类型包括负极集电器和正极集电器。
负极集电器通常以3μm～500μm的厚度制造。负极集电器没有特别限制，只要其不在上述电池中造成化学变化且导电即可，并且例如，可以使用铜，不锈钢，铝，镍，钛，焙烧碳，用碳、镍、钛或银在其表面上处理过的铜或不锈钢，和铝-镉合金。
正极集电器通常以3μm～500μm的厚度制造。正极集电器没有特别限制，只要其不在上述电池中造成化学变化且具有高导电性即可，并且例如，可以使用不锈钢，铝，镍，钛，焙烧碳，用碳、镍、钛或银在其表面上处理过的铝或不锈钢。
这些集电器可以在表面上形成有微细表面凹凸(texture)以增强电极活性材料的结合强度，并且可以以各种形状如膜、片、箔、网、多孔产品、泡沫、无纺产品等使用。
在制备电极混合物浆料之后，将电极混合物浆料涂布在金属箔等的集电器上，然后进行干燥和压缩轧制，从而制造预定的片型电极。
本公开内容提供包含所述电极的锂二次电池。所述锂二次电池具有如下结构：其中用含有锂盐的非水电解液浸渍电极组件，所述电极组件包含正极和负极以及置于正极和负极之间的隔膜。
隔膜置于正极和负极之间，且使用具有高离子渗透性和机械强度的绝缘薄膜。隔膜的孔径通常为0.01μm～10μm且厚度通常为5μm～300μm。作为隔膜，例如，可以使用由疏水性和耐化学性烯烃基聚合物如聚丙烯、玻璃纤维或聚乙烯制成的片或无纺布，或者可以使用通过在所述片或无纺布的一个表面或两个表面上涂布无机粒子而形成的膜。在使用固体电解质如聚合物作为电解质的情况下，固体电解质也可以用作隔膜。
含锂盐的非水电解液包含非水电解液和锂。非水电解液可以包含液体溶剂、固体电解质和无机固体电解质。液体溶剂可以包括有机溶剂，例如N-甲基-2-吡咯烷酮，碳酸亚丙酯，碳酸亚乙酯，氟代碳酸亚乙酯，碳酸亚丁酯，碳酸二甲酯，碳酸二乙酯，γ-丁内酯，1,2-二甲氧基乙烷，四羟基法浪(tetrahydroxy Franc)，2-甲基四氢呋喃，二甲基亚砜，1,3-二氧戊环，甲酰胺，二甲基甲酰胺，二氧戊环，乙腈，硝基甲烷，甲酸甲酯，乙酸甲酯，磷酸三酯，三甲氧基甲烷，二氧戊环衍生物，环丁砜，甲基环丁砜，1,3-二甲基-2-咪唑烷酮，碳酸亚丙酯衍生物，四氢呋喃衍生物，醚，丙酸甲酯和丙酸乙酯。
有机固体电解质可以包括聚乙烯衍生物，聚环氧乙烷衍生物，聚环氧丙烷衍生物，磷酸酯聚合物，聚乙烯醇，聚偏二氟乙烯和含有离子解离基团的聚合物。无机固体电解质可以包括Li的氮化物、卤化物和硫化物。
锂盐是可溶于非水电解质中的材料，且可包括例如LiCl，LiBr，LiI，LiClO4，LiBF4，LiB10Cl10，LiPF6，LiCF3SO3，LiCF3CO2，LiAsF6，LiSbF6，LiAlCl4，CH3SO3Li，CF3SO3Li，(CF3SO2)2NLi，氯硼烷锂，低级脂族羧酸锂，四苯基硼酸锂和亚氨基锂。
在下文中，将在实施例和比较例中更详细地描述本公开内容，但是本公开内容的范围不应被解释为限制于此。
实施例1：粘合剂聚合物浆料的制备及其粘性行为
将初始分子量(Mw)水平为100000～110000的羧甲基纤维素(CMC)粘合剂聚合物以约2重量％的水平溶于N-甲基吡咯烷酮溶液中，并且在通过高剪切混合器混合之后，将粘性行为vs.遍数(pass number)示于图3中。粘性行为测量基于在导电材料网络的润湿不充分的情况下出现的剪切增稠行为。
如图3中所示，CMC浆料在几遍期间显示接近于牛顿行为的特性。在这种情况下，使用MFD混合器作为高剪切混合器，以浆料通过100μm水准的毛细管径为基准，施加至浆料的剪切压力为20000rpm～40000rpm。
实施例2：包含粘合剂聚合物和导电材料的浆料的制备及其粘性行为
将碳黑添加至实施例1的浆料，并在通过高剪切混合器混合之后，将粘性行为vs.遍数示于图4中。从图4中发现，最初，在导电材料网络的润湿不充分的情况下出现剪切增稠行为，但是随着高剪切混合的遍数增加，变成与实施例1的CMC浆料行为类似的剪切稀释行为。在这种情况下，使用MFD混合器作为高剪切混合器，以浆料通过100μm水准的毛细管径为基准，施加至浆料的剪切压力为20000rpm～40000rpm。
实施例3：电化学装置的制造
[正极的制造]
作为正极活性材料，主要使用过量包含Mn成分的NMC材料，并且以90:5:5的重量比将其与乙炔黑和PVDF混合。
随后，当将混合物置于作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮中时，以浆料通过100μm水准的毛细管径为基准，在小于或等于18000rpm的施加至浆料的剪切压力下，使用MFD混合器进行高剪切混合，从而制备正极混合物浆料，并且通过刮刀法将正极混合物浆料涂布在20μm厚的铝箔上，且在一次干燥之后，剪裁成预定的尺寸(例如100x 100mm)。另外，在单电池组装之前，在真空中在200℃下进行干燥约3天。
[负极的制造]
以9:1的重量比使用通常可得的石墨和高容量材料如Si基材料作为负极活性材料，将所述负极活性材料与乙炔黑、CMC和SBR以8:1:1的重量比混合，并置于作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮中之后，以浆料通过100μm水准的毛细管径为基准，在小于或等于18000rpm的施加至浆料的剪切压力下使用MFD混合器进行高剪切混合。通过刮刀法将负极混合物浆料涂布在10μm厚的铜箔上，并且在半干燥之后，剪裁成预定的尺寸。在这种情况下，在单电池组装之前，在真空中在120℃下进行干燥约1天。
[电解液的制备]
将重量比为3:4:3的碳酸亚乙酯(EC):碳酸二甲酯(DMC):碳酸甲乙酯(EMC)的混合物用作溶剂，并且以1.2mol/L的浓度溶解LiPF6，从而制备电解液。
[单电池组装]
在制造具有隔膜置于制备的正极和负极之间的堆叠型单电池之后，利用电解液浸渍所述堆叠型单电池，并且在层压膜制的容纳壳中将其密封在一起，并搁置约24小时。
比较例1：粘合剂聚合物浆料的制备及其粘性行为
代替高剪切混合，在约2000～3000的最大RPM水平下进行一般混合条件下的混合方法，即使用行星式分散混合器的混合方法。在该方法中，导电材料的分散可能差，并且因此，存在μm尺寸的活性材料在随后的步骤中破裂的内在风险。除了使用上述一般混合条件代替高剪切混合之外，通过与实施例1相同的方法制备粘合剂浆料，并且将其粘性行为示于图3中。
比较例2：粘合剂聚合物和导电材料的混合浆料的制备及其粘性行为
除了在上述一般混合条件下进行混合以代替高剪切混合之外，通过与实施例2相同的方法制备浆料，并且将其粘性行为示于图4中。
比较例3：电化学装置的制造
除了在实施例3中应用一般混合条件之外，通过与实施例3相同的方法制备正极混合物浆料和负极混合物浆料，并且制造电化学装置。
评价例
将实施例3中准备的锂离子电容器(capacitor)在4.6V～2.0V的条件下以恒定电流进行成形(formation)。在4.5V～2.0V的范围内对所得的单层袋型单电池进行充放电，并测量充放电容量，且将其结果示于图5中。

Claims (14)

1.一种电极，包含：
活性材料成分、粘合剂聚合物和导电材料，其中所述粘合剂聚合物结合至所述导电材料，并且所述结合的粘合剂聚合物具有在27000～100000范围内的分子量，
其中所述粘合剂聚合物为选自如下的任一种：聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、丙烯酸化的丁苯橡胶、或其混合物，或者
其中所述粘合剂聚合物为选自如下的任一种：羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚四氟乙烯、液体硅橡胶、或其混合物，
其中所述电极按如下制备：
进行浆料的第一高剪切混合，所述浆料包含分散在其中的粘合剂聚合物，所述第一高剪切混合使所述粘合剂聚合物经历分割并在所述第一高剪切混合之后具有27000～100000范围内的分子量；
向所述浆料中添加导电材料，并进行第二高剪切混合以使得所述导电材料均匀分散；
在获得的浆料中添加电极活性材料并将其分散以获得电极混合物浆料；以及
将所述电极混合物浆料涂布在集电器上并干燥，
其中所述导电材料具有30nm～1μm的二次凝聚体粒径，且
其中所述第一高剪切混合和所述第二高剪切混合各自在20000～40000rpm下进行。
2.根据权利要求1所述的电极，其中所述粘合剂聚合物具有69000～100000范围内的分子量。
3.根据权利要求1所述的电极，其中所述导电材料为选自如下的任一种：天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、铜、镍、铝、银、导电聚合物、或其混合物。
4.根据权利要求1所述的电极，其中所述导电材料具有5nm～100nm的一次凝聚体粒径。
5.根据权利要求1所述的电极，其中所述活性材料成分为选自如下的任一种：由LiaNixMnyCozO2表示的化合物，其中0.6<a/(x+y+z)<1.0且1.4<x+y+z<2.5；LiCoO2；LiFeO4；或其混合物。
6.根据权利要求1所述的电极，其中所述活性材料成分为硅基化合物、锡基化合物或其混合物。
7.根据权利要求1所述的电极，其中基于活性材料固体含量100重量份，所述粘合剂聚合物的用量为5重量份～10重量份。
8.根据权利要求1所述的电极，其中基于活性材料固体含量100重量份，所述导电材料的用量为3重量份～15重量份。
9.一种电化学装置，包含根据权利要求1～8中任一项所述的电极。
10.根据权利要求9所述的电化学装置，其中所述电化学装置为锂二次电池。
11.根据权利要求9所述的电化学装置，其中所述电化学装置在作为运行电压的4.2V以上的电压范围内运行。
12.一种制造如权利要求1所述的电极的方法，包括：
进行浆料的第一高剪切混合，所述浆料包含分散在其中的粘合剂聚合物，所述第一高剪切混合使所述粘合剂聚合物经历分割并在所述第一高剪切混合之后具有27000～100000范围内的分子量；
向所述浆料中添加导电材料，并进行第二高剪切混合以使得所述导电材料均匀分散；
在获得的浆料中添加电极活性材料并将其分散以获得电极混合物浆料；以及
将所述电极混合物浆料涂布在集电器上并干燥，
其中所述导电材料具有30nm～1μm的二次凝聚体粒径，且
其中所述第一高剪切混合和所述第二高剪切混合各自在20000～40000rpm下进行。
13.根据权利要求12所述的制造电极的方法，其中所述第一高剪切混合和所述第二高剪切混合各自通过珠磨机、微射流均质机、费尔混合器或行星式分散混合器独立地进行。
14.根据权利要求12所述的制造电极的方法，其中所述第二高剪切混合工序之后的浆料具有20mV～100mV范围内的ζ电位绝对值。
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