CN107534125A - 用于电化学装置的电极和制造电极的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电化学装置的电极及其制造方法。更具体地，本发明涉及一种具有优异的电解液浸渍以及改善的电池输出和寿命周期特性的用于电化学装置的电极及制造所述电极的方法。根据本发明的电极能够使电解液容易地渗入电极中，从而由于高电解液浸渍而具有显著改善寿命周期特性或输出特性。此外，根据本发明的电极制造方法不会引起由形成上部电极活性材料单层时执行的步骤导致的下部电极活性材料单层的孔隙率下降。

Description

用于电化学装置的电极和制造电极的方法
技术领域
本申请要求于2015年4月29日在韩国提交的韩国专利申请第10-2015-0060851号的优先权，通过引用将上述专利申请的公开内容结合在此。本公开内容涉及一种用于电化学装置的电极及其制造方法。更具体地，本公开内容涉及一种具有优异的电解质溶液浸渍以及改善的电池输出和循环特性的用于电化学装置的电极及制造所述电极的方法。
背景技术
随着技术的发展和对移动装置日益增长的需求，对作为环保的替代能源的二次电池的需求日益增高。近来，二次电池被用作需要高容量功率的装置(例如电动车(EV)和混合电动车(HEV))的电源，并且二次电池的应用正扩展到通过输电网(grid)而用作辅助能源。
对于用作需要高容量功率的装置的电源，由于二次电池必须在短时间内实现高输出并且在以短时间的大电流重复充放电的苛刻条件下使用10年以上的时间，因此高能量密度、出色的安全性、和长期寿命特性是绝对必需的。
现有的二次电池一般使用锂金属作为负极，但是已经报道了由于枝晶(dendrite)形成导致的电池短路和随之产生的爆炸风险，因此使用碳基化合物替代锂金属，因为碳基化合物在维持结构和电学特性的同时允许锂离子可逆的嵌入(intercalation)和脱嵌。
碳基化合物按照标准氢电极电位具有约-3V的非常低的放电电位，并且由于石墨烯层(graphene layer)的单轴取向，它们展现出极可逆的充/放电行为并且具有突出的电极循环寿命(cycle life)特性。此外，在Li离子充电过程中，Li/Li+的电极电位为0V，该电位近似于纯锂金属，因此优点在于当电池由氧化物基正极制成时可以提供较高的能量。用于二次电池的负极是通过以下方法制备的：将负极活性材料13或碳材料，如果需要，与导电材料和粘合剂混合以制备负极活性材料浆料，将一层该浆料施加至诸如铜箔之类的集电器11并使浆料干燥。在这种情况下，当施加浆料时，执行挤压(press)工艺以将活性材料粉末压到集电器上并实现均匀的电极厚度。
然而，在传统的电极挤压工艺中，负极活性材料的表面比内部被施加更强的压力，表面上的孔隙(pore)体积分数减小。随着电极变厚，这一现象更加严重，电解质溶液向电极中的渗透性较差，用于离子运动的沟道不足以实现平滑的离子运动，导致电池性能和寿命特性的劣化。
另一方面，如传统的，当电极由一层活性材料组成时，负极活性材料的层较软(soft)而易受压力损坏，并由于这些性质，导致在挤压工艺中压力不能被传递到电极内部，而只有设置在电极表面上的负极活性材料被强力地挤压。例如，当电极仅由具有低压实密度和较大的平均粒径的活性材料层形成时，该负极活性材料层易受压力损坏，并由于这些性质，导致在挤压工艺中只有设置在电极表面上的负极活性材料被强力挤压。结果，靠近电极表面的负极活性材料中的孔隙空间减小，离子向电极的迁移减少。当负极更厚或更密时，这一现象更加严重。
发明内容
技术问题
设计本公开内容来解决上述现有技术的问题，本公开内容涉及提供一种具有优异的电解质溶液浸渍以及改善的循环特性和输出特性的用于电化学装置的电极。此外，本公开内容涉及提供一种用于制造所述电极的方法。本公开内容的这些和其他目的和优点可通过下面的详细描述来理解。此外，容易理解的是，本公开内容的目的和优点可通过所附权利要求及其组合中阐述的装置和方法实现。
技术方案
为了实现上述目的，本公开内容提供一种用于电化学装置的电极。根据本公开内容的电极包括集电器和形成于所述集电器的至少一个表面上的电极活性材料层，其中所述电极活性材料层包括电极活性材料并且具有20％至55％的孔隙率，所述电极活性材料层具有分层结构，在所述分层结构中，多个活性材料单层彼此堆叠，且在每个活性材料单层之间具有包括聚合物树脂的阻挡层。
在此，所述电极活性材料层的孔隙率可沿活性材料层的厚度方向从集电器的表面阶梯式地和/或逐渐地增加。
在此，电极活性材料层可具有分层结构，其中最下部电极单层(第一单层)形成于集电器的表面上，后续层(第二单层)至第n电极单层或最上部电极单层形成于最下部电极单层的上表面上，其中n是大于1的整数，因此n个电极活性材料单层按顺序堆叠在集电器的表面上，并且孔隙率可沿电极的厚度方向从最下部电极单层朝最上部电极单层阶梯式地和/或逐渐地增加。
在此，最下部电极单层可具有20％和40％之间的孔隙率。
此外，在本公开内容中，最上部电极单层可具有30％和50％之间的孔隙率。
此外，在本公开内容中，最上部电极单层中90％以上的孔隙按照最长的孔径可具有10μm和20μm之间的孔径。
在本公开内容中，电极活性材料层可具有沿电极的厚度方向从最下部电极单层朝最上部电极单层阶梯式地和/或逐渐地增加的颗粒压实密度。
在此，电极活性材料层可具有沿电极的厚度方向从最下部电极单层朝最上部电极单层阶梯式地和/或逐渐地增加的粒径。
在此，阻挡层可包括选自由丁苯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯橡胶、羧甲基纤维素(CMC)、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、羟丙基纤维素和二醋酸纤维素构成的组中的至少一种聚合物树脂。
此外，在本公开内容中，阻挡层可具有0.5μm和5μm之间的厚度。
此外，聚合物树脂可具有-60℃和55℃之间的玻璃化转变温度。
在此，聚合物树脂可具有160℃和250℃之间的沸点。
此外，本公开内容提供一种用于电化学装置的电极组件，包括：负极、正极、以及位于正极和负极之间的隔板，其中所述负极和/或所述正极具有前述特征。此外，本公开内容提供一种包括所述电极组件的电化学装置。
另一方面，本公开内容提供一种用于电化学装置的电极的制造方法，包括以下步骤：(S1)制备包括集电器和形成于所述集电器的上表面上的活性材料单层的堆叠，(S2)在所述活性材料单层的上表面上形成阻挡层，(S3)将用于形成活性材料单层的浆料施加在(S2)中形成的阻挡层的上表面上并对浆料进行干燥，和(S4)挤压干燥的浆料以形成电极活性材料单层。
在此，(S4)的挤压可通过80℃和120℃之间的条件下的热压法执行。
此外，在此，下部电极活性材料单层的孔隙率可比上部电极活性材料单层的孔隙率低。
有益效果
因电解质溶液能够容易地渗入其中，根据本公开内容的电极由于高电解质溶液浸渍而具有明显改善的循环特性或输出特性。此外，根据本公开内容的电极制造方法由于在形成上部电极活性材料单层时执行的工艺，而防止了在下部电极活性材料单层中的孔隙率下降。
附图说明
附图举例说明本公开内容的较佳实施方式，且与详细描述一起用以提供对本公开内容的原理的解释，但并不意欲限制本公开内容的范围。另一方面，为了清楚起见，可对如本文描述的附图中的元件的形状、大小、规格或比例进行放大。
图1示出了根据现有技术的用于电化学装置的电极的截面。
图2和图3示意性地示出了根据本公开内容的具体实施方式的用于电化学装置的电极的截面。
图4是根据本公开内容的用于电化学装置的电极的制造方法的流程图。
图5图解示出了根据本公开内容的具体实施方式的电极制造工艺。
图6示出了根据本公开内容的实施例和比较例的电阻增加率测试结果。
具体实施方式
下文中，将详细地描述本公开内容。
在说明书和所附权利要求书中所使用的术语或词语不应解释为受限于一般和字典意义，而是应在以允许发明人对最佳解释适当地定义术语的原则的基础上根据对应于本公开内容的技术方面的意义和概念来解释。因此，本说明中描述的实施方式和附图中示出的图解只是本公开内容的最优选的实施方式，并不代表本公开内容所有的技术方面，因此应理解的是：在本申请提出的时候，可对其进行各种等同替换和修改。
本公开内容涉及一种用于电化学装置的电极，其特征在于：电极活性材料层具有分层结构，其中具有不同孔隙率的多个活性材料单层彼此地堆叠。图2是示意性地示出了根据本公开内容的一具体实施方式的用于电化学装置的电极的截面的示图。参照图2来描述根据本公开内容的电极的结构。
电极活性材料层和每个电极活性材料单层
在本公开内容中，电极100包括集电器110和形成于所述集电器的至少一个表面上的电极活性材料层120。电极可以是负极和/或正极。也就是说，具有根据本公开内容的特征的电极结构可应用于电池中的正极或负极之一或者两者。
在本公开内容中，电极活性材料层的孔隙率在约20％和约55％之间，或约20％和约45％之间，或约25％和约40％之间。
在本公开内容中，术语“孔隙率”是指在一结构中，孔隙占据的体积与总体积之比且以％表示，并且可与空隙比和空隙分数互换使用。
在本公开内容中，孔隙率测定不限于特定方法，根据本公开内容的实施方式，孔隙率可通过例如Brunauer-Emmett-Teller(BET)测定法或Hg孔隙率计进行测定。
在本公开内容中，电极活性材料层120是两个或更多个活性材料单层120a、120b、120c……在彼此顶上的堆叠，所述堆叠包括在每个活性材料单层之间形成的阻挡层130。
本公开内容的电极活性材料层具有分层结构，其中，第一电极活性材料单层形成于集电器的表面上，第二至第n(此处，n是大于1的整数)层形成于第一电极活性材料单层的上表面上，因此n个电极活性材料单层按顺序堆叠在集电器的表面上。
在本公开内容中，电极活性材料层的每个活性材料单层具有不同的孔隙率。根据本公开内容的优选实施方式，电极活性材料层的孔隙率从邻近于集电器的表面的活性材料单层沿着电极的厚度方向向上阶梯式地和/或逐渐地增加。
在本公开内容中，在电极活性材料层中第一电极单层具有低孔隙率，第n电极单层具有最高孔隙率，第二层至第n-1层的孔隙率具有介于第一层的孔隙率与第n层的孔隙率之间的值，优选地，孔隙率值沿着厚度方向从第二层至第n-1层阶梯式地和/或逐渐地增加。最为优选地，在电极活性材料层的两个邻近的电极活性材料单层中，下部电极单层的孔隙率低于上部电极单层的孔隙率。
在本说明书中，方向和/或位置，例如上/下/左/右是基于附图中的图示表示的，因此，在此描述活性材料单层的相对位置。然而，表示方向和/或位置(例如上/下/左/右)的表述是为了容易解释具有三维结构的本发明，表示相对方向和/或位置，但并不意味着限制绝对方向和/或位置.
图3示出了根据本公开内容的用于电化学装置的电极的一个具体实施方式，其中为了说明的目的，电极具有三个电极活性材料单层和位于每个单层之间的阻挡层。在电极活性材料层中，每个活性材料单层的孔隙率倾向于沿着厚度方向从邻近于集电器的电极单层(最下部电极单层)向上阶梯式地和/或逐渐地增加。
电极活性材料层中的最上部电极单层的孔隙率在30％和50％之间，或35％和45％之间。当孔隙率低于上述范围时，电解质溶液不能快速地流动通过电极表面的孔隙，初始活化所需的时间增加，未能达到预定量的电解质溶液馈送，导致电池的循环特性或输出特性劣化。相反，当孔隙率明显超过上述范围时，电极表面的机械强度下降，活性材料颗粒更可能因外部冲击而脱落。
此外，本公开内容的最下部电极单层的孔隙率在20％和40％之间，或25％和35％之间。当孔隙率低于上述范围时，最下部电极单层的活性材料的堆积密度过高，电解质溶液不能有足够的量在活性材料之间实现离子传导和/或电子传导，导致输出特性或循环特性劣化。相反，当孔隙率远远超出上述范围时，与集电器的机械和电连接减少，粘合力下降，导致反应减少。
在电极活性材料层中，中间电极单层的孔隙率可等于最下部电极单层的孔隙率或最上部电极单层的孔隙率，或者可具有介于最下部电极单层的孔隙率和最上部电极单层的孔隙率之间的值。
在本公开内容中，可通过改变每个活性材料单层中的空隙的大小和分布来获得活性材料层的孔隙率梯度。
在本公开内容中，在电极活性材料层的两个邻近的电极活性材料单层中，上部单层的孔径大于下部单层的孔径。
在本公开内容的具体实施方式中，最上部电极单层中约90％以上的孔隙按照最长的孔径是具有10μm和20μm之间的孔径的中孔。此外，位于上述范围内的中孔少于最下部电极单层的孔的约50％。
此外，在本公开内容中，孔隙率可受到每个电极单层中的活性材料的粒径的影响。根据本公开内容的一具体实施方式，电极活性材料单层具有不同的粒径分布，在电极活性材料层的两个邻近的电极活性材料单层中，上部单层中的活性材料颗粒的平均粒径D50大于下部单层中的活性材料颗粒的平均粒径D50。
此外，在本公开内容的一具体实施方式中，上部电极单层中的活性材料颗粒的压制强度大于下部电极单层中的活性材料颗粒的压制强度。随着颗粒强度增加，在相同的压力下颗粒不易被压下去，压实密度较低。因此，当上部单层中的活性材料颗粒的压制强度大时，颗粒不易被压下去，因而，在电极的制造中的挤压工艺之后，孔隙率仍能保持在高水平。
压实密度是活性材料的颗粒的变形程度的测量值，当在相同的压力下挤压时，随着压实密度值下降，抗压强度较佳。压实密度可使用例如Mitsubishi chemical的粉末抵抗力测量系统MCP-PD51进行测量。粉末抵抗力测量系统测量当向引入圆筒型测压元件中的活性材料粉末持续施加预定量的力而使颗粒被压下时的密度。
如上所述，本公开内容的电极活性材料层通过利用具有不同粒径和/或压实密度的活性材料颗粒而能够使每个层的孔隙率形成层间梯度，在电极活性材料层中，孔隙率的层间梯度从最上部电极单层朝下部电极单层阶梯式地减小。
此外，由于上部单层的孔隙率高于下部单层的孔隙率，因此本公开内容能够改善电解质溶液的润湿速率和锂离子的传输速率。本公开内容能够防止负极活性材料层在挤压工艺中被损坏并且改善电极的空隙结构。
阻挡层
在本公开内容中，阻挡层形成于每个电极活性材料单层之间，当上部电极活性材料单层形成于阻挡层的上表面上时，防止了下部单层的结构变形。例如，当上部单层形成于下部单层上时，在上部单层的涂覆工艺期间，下部单层中的粘合剂熔化，下部单层的组成发生变化，导致结构变形和/或破坏。因此，根据本公开内容的电极包括位于每个电极活性材料单层之间的阻挡层以维持下部单层的组成并防止结构变形和/或破坏。阻挡层包括聚合物树脂。在本公开内容中，聚合物树脂是水性聚合物树脂，优选为具有将上部单层和下部单层粘合在一起的粘合特性的水性聚合物树脂。水性聚合物树脂并不限于特定类型，而是包括以预定尺寸分散在水性体系(水)中的任何聚合物树脂，可以是通过分散聚合、乳液聚合或悬浮聚合形成的聚合物颗粒。
水性聚合物树脂包括但不限于选自丁苯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯橡胶、羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸(polyacrylic acid，PAA)、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、羟丙基纤维素和二醋酸纤维素的一种或它们的组合物。水性聚合物树脂具有-60℃和55℃之间或-50℃和45℃之间的玻璃化转变温度。此外，水性粘合剂具有160℃和250℃之间或170℃和240℃之间的沸点。当聚合物树脂的沸点低于上述范围时，在上部活性材料单层的挤压工艺期间聚合物树脂熔融，熔融的聚合物树脂渗入下部电极活性材料单层的孔隙中，最终导致下部电极单层的孔隙堵塞。
在本公开内容中，阻挡层可形成为具有0.5μm和5μm之间或者1μm和2μm之间的厚度。
根据本公开内容的一具体实施方式，由于阻挡层由聚合物颗粒组成并且具有多孔特性，因此它不会抑制电解质溶液的流入或流出或者离子和电子的传导。图4示出了具有阻挡层的电极活性材料层的截面。
在本公开内容中，负极可包括负极活性材料、粘合剂和导电材料，并且可进一步包括各种类型的添加剂，例如分散剂，以改善负极的特性。
负极活性材料可包括碳基材料。碳基材料包括但不限于能够嵌入和脱嵌锂离子的任何类型的碳基材料。碳基材料的非限制性实例包括选自由软碳(soft carbon)和硬碳(hard carbon)构成的组的低结晶碳；或者选自由天然石墨、kish石墨(kish graphite)、热解碳、中间相沥青基碳纤维(mesophase pitch based carbon fiber)、中位碳微球(meso-carbon microbead)、中间相沥青(mesophase pitches)和石油或煤焦油沥青衍生的焦炭(petroleum coal tar derived cokes)构成的组的至少一种高结晶碳。
在本公开内容中，正极可包括正极活性材料、粘合剂和导电材料，并且可进一步包括各种类型的添加剂，例如分散剂，以改善正极的特性。
正极活性材料可包括优选地包括，例如，选自由LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、LiFeO2和V2O5构成的组的一种或它们的混合物。此外，优选地使用能够嵌入和脱嵌锂的TiS、MoS、有机二硫化合物或有机多硫化合物。
粘合剂包括聚偏二氟乙烯、羧甲基纤维素、甲基纤维素和聚丙烯酸钠，导电材料包括例如乙炔黑、炉法炭黑、石墨、碳纤维和富勒烯之类的导电材料。
在本公开内容中，集电器包括选自由不锈钢；铝；镍；钛；煅烧碳；铜；经碳、镍、钛、或银(Ag)表面处理的不锈钢；铝镉合金；经导电材料表面处理的非导电聚合物；和导电聚合物构成的组的一种或它们的混合物。
本公开内容提供一种用于制造电极的方法。图5a至图5f图解地示出了本公开内容的电极制造方法。下文中，参照图5a至图5f详细地描述电极制造方法。
首先，制备集电器(图5a)，将用于下部电极活性材料单层的浆料施加至集电器的表面并进行干燥(图5b)。可通过以下方法来制备浆料：将电极活性材料和导电材料添加至其中将粘合剂树脂置于合适的溶剂中并进行混合的粘合剂溶液中。随后，将干燥的浆料挤压(图5c)以形成下部电极活性材料单层(图5d)。如下所述，由于挤压工艺是当形成上部电极单层时执行的，导致下部电极单层的孔隙率减小，因此下部电极单层形成为具有比最终的下部单层高的孔隙率。
随后，制备水性溶剂中含有分散的有机聚合物颗粒的水性粘合剂溶液，将该溶液施加至第一活性材料单层的表面并进行干燥以形成阻挡层(图5e)。
随后，将用于上部电极活性材料单层的浆料施加至阻挡层的上表面(图5f)，并进行干燥和挤压(图5g)以形成上部电极单层(图5h)。由于在整个电极活性材料层之上执行用于上部电极单层的挤压工艺，因此热和压力通过挤压再次被施加至下部电极单层，下部单层具有比上部单层高的活性材料颗粒压实密度，并因此，上部单层具有比下部单层高的孔隙率。考虑到阻挡层和下部电极单层中的粘合剂树脂的沸点，优选地在约80℃和120℃之间的条件下执行挤压。
随后，可在上部单层的上表面上形成阻挡层和另一上部单层，阻挡层形成和上部活性材料单层形成可根据电极活性材料层的设计进行预定次数的重复。
如上所述，在本公开内容中，电极活性材料层可基于所执行的挤压工艺的次数而在每个活性材料层之间具有孔隙率梯度。根据所述方法，当每个电极单层使用具有相同粒径、压实密度和组成的电极活性材料或包括所述电极活性材料的具有相同组成的形成电极单层的浆料时，具有以下效果：形成在电极单层之间具有孔隙率梯度的电极活性材料层。
此外，如上所述，可通过使用具有比下部单层粒径大的活性材料颗粒来增加上部单层的孔隙率。
此外，本公开内容提供一种通过常规方法将具有前述特征的负极和正极以及隔板和电解质封装在电池壳体中而制成的锂二次电池。
根据本公开内容的二次电池具有高能量密度、高输出特性和提高的安全性的稳定性，可优选地用作特别是中型和大型电池模组的构造电池。因此，本公开内容提供包括所述二次电池作为单元电池的中型和大型电池模组。
所述中型和大型电池模组可优选地应用于需要高输出和高容量的电源，诸如电动车、混合电动车和储能系统。
下文中，详细地描述各实施例以提供对本公开内容的详细解释。然而，可以许多其他形式对根据本公开内容的实施例进行修改，且本公开内容的范围不限于以下描述的实施例。
实施例1
将粘合剂PVdF、正极活性材料NiMnCo三元体系化合物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)和导电材料(Super-P 65)以90:5:5的重量比进行混合以制备正极浆料。将所述正极浆料施加至全部的铝之上达100μm的厚度，在120℃的真空烘箱中进行干燥，并进行挤压以形成第一活性材料单层。第一活性材料单层的孔隙率为25％。随后，将水性CMC施加至第一活性材料单层上并进行干燥以形成具有约2μm厚度的阻挡层。将所述正极浆料施加至阻挡层的上表面上达100μm的厚度，在120℃的真空烘箱中进行干燥，并进行挤压以形成第二活性材料单层。在这种情况下，正极的总孔隙率为30％，第一活性材料单层的孔隙率为约25％，第二活性材料单层的孔隙率为约35％。将负极活性材料天然石墨、导电材料Super-P 65和粘合剂CMC/SBR以98:1:1进行混合以制备浆料，将该负极浆料混合物涂覆在用于金属集电器的铜箔上，在120℃的真空烘箱中干燥2小时或更长时间以制造正极。利用如上制造的负极和正极以及插置在负极和正极之间的聚烯烃隔板，注入其中溶解有1M LiPF6且由体积比为1:1的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)组成的溶液，从而制备袋型电池。使用所制备的袋型电池，在相同电压下随着电流增加而测量电阻。
比较例1
将粘合剂PVdF、正极活性材料NiMnCo三元体系化合物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)和导电材料(Super-P 65)以90:5:5的重量比进行混合以制备正极浆料。将所述正极浆料施加至铝集电器达100μm的厚度，在120℃的真空烘箱中进行干燥，并进行挤压以形成第一活性材料单层。在这种情况下，第一活性材料单层的孔隙率为25％。随后，将水性CMC施加至第一活性材料单层上并进行干燥以形成具有约2μm厚度的阻挡层。将所述正极浆料施加至阻挡层的上表面上达100μm的厚度，在120℃的真空烘箱中进行干燥，并进行挤压以形成第二活性材料单层。在这种情况下，正极的总孔隙率为30％，第一活性材料单层的孔隙率为约35％，第二活性材料单层的孔隙率为约25％。将负极活性材料天然石墨、导电材料Super-P 65和粘合剂CMC/SBR以98:1:1进行混合以制备浆料，将该负极浆料混合物涂覆在用于金属集电器的铜箔上，在120℃的真空烘箱中干燥2小时或更长时间以制造负极。利用如上制造的负极和正极以及插置在负极和正极之间的聚烯烃隔板，注入其中溶解有1M LiPF6且由体积比为1:1的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)组成的溶液，从而制备袋型电池。使用所制备的袋型电池，在相同电压下随着电流增加而测量电阻。
试验结果
使用实施例1和比较例1中获得的袋型电池，在相同电压下随着电流增加而测量电阻。图6绘制了试验结果。参照图6，可以看出，在低电流下电阻值相等，随着电流增加，相较于实施例1的电池，根据比较例1的袋型电池的电阻增加。认为是电极表面的低孔隙率使电解质溶液引入困难。
附图标记说明：
100：电极组件
110：集电器
120：电极活性材料层
120a、120b、120c、120N：电极活性材料单层
130：阻挡层
131：水性粘合剂颗粒

Claims (17)

1.一种用于电化学装置的电极，包括：
集电器和形成于所述集电器的至少一个表面上的电极活性材料层，
其中所述电极活性材料层包括电极活性材料并且具有20％至55％的孔隙率，并且
所述电极活性材料层具有分层结构，其中多个活性材料单层彼此地堆叠，在每个活性材料单层之间具有包括聚合物树脂的阻挡层。
2.根据权利要求1所述的用于电化学装置的电极，其中所述电极活性材料层的孔隙率沿所述活性材料层的厚度方向从所述集电器的表面阶梯式地和/或逐渐地增加。
3.根据权利要求1所述的用于电化学装置的电极，其中所述电极活性材料层具有分层结构，其中最下部电极单层(第一单层)形成于所述集电器的表面上，并且后续层(第二单层)至第n电极单层或最上部电极单层形成于所述最下部电极单层的上表面上，其中n是大于1的整数，因此n个电极活性材料单层按顺序堆叠在所述集电器的表面上，并且孔隙率沿所述电极的厚度方向从所述最下部电极单层朝所述最上部电极单层阶梯式地和/或逐渐地增加。
4.根据权利要求3所述的用于电化学装置的电极，其中所述最下部电极单层具有20％和40％之间的孔隙率。
5.根据权利要求3所述的用于电化学装置的电极，其中所述最上部电极单层具有30％和50％之间的孔隙率。
6.根据权利要求3所述的用于电化学装置的电极，其中所述最上部电极单层中90％以上的孔隙按照最长的孔径具有10μm和20μm之间的孔径。
7.根据权利要求3所述的用于电化学装置的电极，其中所述电极活性材料层具有沿所述电极的厚度方向从所述最下部电极单层朝所述最上部电极单层阶梯式地和/或逐渐地增加的颗粒压实密度。
8.根据权利要求3所述的用于电化学装置的电极，其中所述电极活性材料层具有沿所述电极的厚度方向从所述最下部电极单层朝所述最上部电极单层阶梯式地和/或逐渐地增加的粒径。
9.根据权利要求1所述的用于电化学装置的电极，其中所述阻挡层包括选自由丁苯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯橡胶、羧甲基纤维素(CMC)、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、羟丙基纤维素和二醋酸纤维素构成的组的至少一种聚合物树脂。
10.根据权利要求1所述的用于电化学装置的电极，其中所述阻挡层具有0.5μm和5μm之间的厚度。
11.根据权利要求9所述的用于电化学装置的电极，其中所述聚合物树脂具有-60℃和55℃之间的玻璃化转变温度。
12.根据权利要求9所述的用于电化学装置的电极，其中所述聚合物树脂具有160℃和250℃之间的沸点。
13.一种用于电化学装置的电极组件，包括：负极、正极、以及插置在所述正极和所述负极之间的隔板，其中所述负极和/或所述正极由权利要求1至12之一限定。
14.一种电化学装置，包括权利要求13中限定的所述电极组件。
15.一种用于电化学装置的电极的制造方法，包括以下步骤：
(S1)制备包括集电器和形成于所述集电器的上表面上的活性材料单层的堆叠；
(S2)在所述活性材料单层的上表面上形成阻挡层；
(S3)将用于形成活性材料单层的浆料施加在(S2)中形成的所述阻挡层的上表面上并对所述浆料进行干燥；和
(S4)挤压干燥的浆料以形成电极活性材料单层。
16.根据权利要求15所述的用于电化学装置的电极的制造方法，其中(S4)的所述挤压是通过80℃和120℃之间的条件下的热压法执行的。
17.根据权利要求15所述的用于电化学装置的电极的制造方法，其中下部电极活性材料单层的孔隙率比上部电极活性材料单层的孔隙率低。
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