CN108370030A - 使用具有通孔或孔洞的集电器来制备电极的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备二次电池用电极的方法，包括：(i)制备集电器和电极浆料的工序，所述集电器中形成有通孔或者孔洞，所述电极浆料包含电极活性材料；(ii)将屏蔽膜与所述电极集电器的一个表面紧密接触以屏蔽在所述集电器的所述一个表面上的孔或者孔洞的工序；(iii)将所述电极浆料涂布在所述集电器未附接有所述屏蔽膜的另一表面上、并初步干燥以制备过渡电极的工序；(iv)从所述过渡电极移除所述屏蔽膜的工序；以及(v)再次干燥所述过渡电极以制备所述电极的工序。

Description

使用具有通孔或孔洞的集电器来制备电极的方法
技术领域
本公开内容涉及一种使用其中形成有通孔或孔洞的集电器来制备电极的方法。
背景技术
随着移动装置的技术进步以及对移动装置需求的增加，对作为能源的二次电池的需求已迅速增长，而且近来已实现使用二次电池作为用于电动汽车(EVs)和混合电动汽车(HEVs)的电源。在这些二次电池中，对于具有高能量密度、高放电电压和输出稳定性的锂二次电池的需求较高。
特别地，用作EVs和HEVs电源的锂二次电池需要短时间内高输出和高能量密度的特性。
通常，锂二次电池是以这样的方式来制备的：使用能够嵌入和脱嵌锂离子的材料作为负极和正极，并在正极和负极之间的间隔填充有有机电解液或聚合物电解液。通过锂离子嵌入正极时的氧化反应和锂离子从负极脱嵌时的还原反应来产生电能。
在这种情况下，负极和正极各自包括在电极集电器上的电极混合物层。例如，通过将电极活性材料与粘合剂和溶剂、以及根据需要的导电材料和分散剂进行混合并搅拌来制备浆料，然后将该混合物涂布在金属集电器上、压制、并进行干燥以制备电极。
由于在这种电极的制备工序中锂二次电池已广泛地应用于EV等，因而需要开发高容量电池，并因此会增加电极混合物层的负载量。然而，电极混合物层的体积和重量的增加会降低整个二次电池的能量密度，并导致电极混合物层内部的电化学反应的不均匀性。
此外，当电流或者电压施加至电池时，在电极内产生了锂离子的浓度梯度，这一现象在厚的电极混合物层中尤其会进一步加剧，而造成快速充电特性的劣化。
因此，为了解决上述问题，可以通过在一个集电器上层叠多个薄的电极而非施加一个厚的电极混合物层来模拟具有厚的电极混合物层的二次电池的容量。然而，在这种情况下，对于具有特定孔隙率以上的孔或具有特定开口率以上的开口形成于其中的集电器而言，维持锂离子的移动是绝对必要的。
而且，孔或开口形成于其中的集电器能显著地降低二次电池的总重量，因此期待其未来的应用将增长。
然而，如图1所示，当在制备电极的工序期间将浆料涂布在集电器上时，由于高的孔隙率或者开口率，浆料可能泄露至与涂布表面相对的表面，并因此电极混合物层的表面可能变得不均匀且电极混合物层不能均匀地形成。
因此，亟需这样一种技术：通过该技术，当使用其中形成有孔或者孔洞的集电器时，也能够形成均匀的电极混合物层。
发明内容
技术问题
已做出本公开内容以解决现有技术的上述问题以及在过去所发现的技术问题。
本申请的发明人已进行了深入的研究和各种实验，并且发现：在涂布电极浆料之前，将屏蔽膜与集电器未涂布有电极浆料的一个表面紧密接触，并且在涂布电极浆料之后，将电极浆料在相对低的温度下进行初步干燥以形成过渡电极，并在移除屏蔽膜之后在相对高的温度下进行再次干燥，从而制备出电极，在以上述的方式来制备电极的情况下，即使使用其中形成有孔或孔洞的集电器时，也可形成均匀的电极混合物层。因此，本公开内容得以完成。
技术方案
本公开内容提供一种制备二次电池用电极的方法，所述方法包括：
(i)制备通孔或孔洞形成于其中的集电器和包含电极活性材料的电极浆料的工序；
(ii)将屏蔽膜与所述电极集电器的一个表面紧密接触以屏蔽在所述集电器的所述一个表面上的孔或者孔洞的工序；
(iii)将所述电极浆料涂布在所述集电器未附接有所述屏蔽膜的另一表面上、并初步干燥以制备过渡电极的工序；
(iv)从所述过渡电极移除所述屏蔽膜的工序；以及
(v)再次干燥所述过渡电极以制备所述电极的工序。
也就是说，在将电极浆料涂布在集电器上之前，将屏蔽膜与集电器未涂布有电极浆料的一个表面紧密接触，然后将电极浆料涂布在集电器的另一表面上，并因此防止了电极浆料泄露至与涂布表面相对的表面。因此，电极浆料的涂布表面可被均匀地涂布，并且可以在整个电极精确地控制电极的负载量。
换言之，在根据本公开内容的制备电极的方法中，利用屏蔽膜作为配置成将在集电器中形成的通孔或者孔洞进行屏蔽的掩模。
通常，在集电器中形成的孔的孔隙率或者孔洞的开口率越高，诸如输出特性之类的电池性能会因锂离子移动顺畅之故而越好。然而，在制备电极时电极混合物层的表面并未均匀地形成，因此难以使孔隙率或者开口率为预定值以上。
然而，根据本公开内容的制备方法，由于在制备电极时电极浆料并未泄露至涂布表面的相对表面，且电极混合物层可均匀地形成，因而具有高的开口率或孔隙率的集电器可被使用而无需受到这些常规限制。
具体而言，集电器并没有限制，只要在其中形成有通孔或孔洞即可，并且集电器可具体地是具有50％至98％孔隙率的金属泡沫体、具有50％至95％孔隙率的金属纤维体、或者具有15％至70％开口率的金属箔。更具体而言，集电器可以是具有70％至98％孔隙率的金属泡沫体、具有70％至95％孔隙率的金属纤维体、或者具有50％至70％开口率的金属箔。
在此，孔隙率是通过比较集电器相对于其上未形成有孔的金属的密度并计算体积比而计算得出，开口率是通过粗略地计算集电器中孔洞的总体积相对于其上未形成有孔洞的金属箔的总体积而得到。
当金属泡沫体或金属纤维体的孔隙率超出以上范围或者小于50％时，在层叠多个薄电极层以实现高负载的情况下，可能无法保障锂离子的充分移动。当金属泡沫体的孔隙率和金属纤维体的孔隙率分别超过98％和95％时(即超出以上范围)，在集电器上形成的电极混合物层的固形物可能容易从集电器脱落或者可能无法足够强至支撑电极混合物层，这并不是所期望的。当金属箔的开口率超出以上范围时，也会发生相同的问题，这是不可取的。然而，由于孔洞的直径大于孔的直径，孔洞的强度由于孔洞的形成而被更迅速地削弱，并因此开口率的优选范围是小于孔隙率的优选范围，正如以上所限定一样。
在一个具体实例中，孔的平均直径可为0.1μm至10μm，并且可具体为0.1μm至1μm，而孔之间的平均间隙可为0.1μm至1μm，并且可具体为0.1μm至0.5μm。
在此，平均直径和平均间隙是通过任意地确定某个区域、计算在该区域内存在的孔的尺寸和孔之间的间隙、然后分别将这些尺寸和间隙进行平均化而得到的值。
当孔的平均直径太小或者孔之间的平均间隙太大并超出以上范围时，会难以具有所需要的孔隙率，并因此难以制造如上所述的电极。当孔的平均直径太大或者孔之间的平均间隙太小时，则集电器自身的强度较弱，且难以支撑电极混合物层，这并非是优选的。
出于相同的原因，孔洞的直径可以是0.01mm至1mm，且可以具体地是0.03mm至0.1mm，而孔洞直径的平均间隙可以是0.01mm至1mm，且可以具体地是0.03mm至0.1mm。
如上所述，当集电器具有孔或者孔洞时，集电器的厚度可以大于常规金属箔集电器的厚度，但这种问题可以通过例如辊压所制得的集电器来解决。
根据本公开内容的集电器可以具有10μm至20μm的厚度，并具体地，厚度是根据形成集电器的金属而有所不同的，例如，在主要用于正极的铝的情况下，厚度大约为20μm，而在主要用于负极中的铜的情况下，厚度大约为10μm。
当集电器的厚度太厚并超出以上范围时，电极组件的总体积会增加，这是不可取的。当集电器的厚度太薄并偏离以上范围时，集电器可能不具有足够的强度以支撑电极混合物层，这是不可取的。
另一方面，与集电器的一个表面紧密接触以用作掩模的屏蔽膜没有限制，只要屏蔽膜具有足够的屏蔽性质(电极浆料的材料不会泄露)和不与这些材料反应的耐化学性即可。具体而言，屏蔽膜可以是石蜡基树脂膜(Paraffin-based resin film)，其由碳氢化合物或高度饱和的碳氢化合物构成、并且反应性较弱且耐化学品，更具体而言，为了便于加工屏蔽膜可以是石蜡膜(Paraffin)。
在此，石蜡膜(Paraffin)是由各种不同分子量的石蜡混合物构成，并且具有显著的伸长率、延展性、防水性和些许粘性，石蜡膜是当在实验室中密封测试管、皮氏培养皿、烧杯等时主要使用的一种材料，且非常适于作为掩模起作用。
将这种屏蔽膜与集电器紧密接触的方法并没有限制，但具体而言，可以通过辊压来执行，以将材料平坦地附接至具有孔或孔洞的集电器而没有任何褶皱。
然而，由于屏蔽材料可由热塑性树脂制成，因热量所致的变形可能存在。因此，当将电极浆料涂布在集电器上并进行干燥时，需要在低于屏蔽材料变形温度的温度下将电极浆料以较短时间进行暂时地干燥，以便以其中电极浆料的部分溶剂挥发并硬化至一定程度的形状来形成过渡电极，然后移除屏蔽膜并再次干燥电极浆料。
因此，本公开内容包括如上所述的初步干燥工序和再次干燥工序。
初步干燥工序是在移除膜之前将电极浆料硬化至一定程度的工序。因此，初步干燥是在构成屏蔽膜的树脂的熔点以下的温度或类似的温度下执行很短的时间，并且，例如，初步干燥可在30℃至60℃的范围内执行5分钟至15分钟，且可具体地在40℃至50℃的范围内执行5分钟至10分钟。
再次干燥工序是与常规电极制备工序中的干燥工序相同的工序，是将电极浆料的溶剂全部挥发并且硬化的工序。因此，再次干燥工序可在与常规干燥工序相同的条件下执行，例如，在60℃至120℃的范围内执行超过20小时，且具体地在80℃至110℃的范围内执行24至48小时。
在初步干燥工序和再次干燥工序之间需要移除屏蔽膜的工序。移除屏蔽膜的工序没有限制，可以是小心剥离屏蔽膜的工序，以使得尚未完全硬化的电极浆料不会与膜一起流动。
另一方面，在根据以上工序制备电极的情况下，所制得的电极为电极混合物层仅形成在集电器的一个表面上的形式。
因此，为了在集电器的两个表面上均形成电极混合物层，例如，在电极制造工序(iv)和工序(v)之间可进一步包括将电极浆料涂布在集电器的已移除屏蔽膜的一个表面上的工序。
在额外包括的涂布电极浆料的工序中，由于在上述工序(i)至(iv)期间在集电器的一个表面上预先形成的过渡电极的电极浆料层，电极浆料并未泄露至与涂布表面相对的表面。因此，在集电器的两个表面上形成的两个电极混合物层都可具有均匀的涂布表面，并因此可在整个电极精确地控制电极负载量。
同时，以这种方式涂布在集电器上的电极浆料可进一步包括粘合剂和/或导电材料以及表现容量的电极活性材料。
集电器和电极活性材料可根据待制备的电极的类型而确定，且可具体地分别为正极集电器和正极活性材料、或负极集电器和负极活性材料。
正极集电器通常可制成大约3μm至500μm的厚度。对于正极集电器，可使用不会引发化学变化且具有高导电性的材料而没有限制。正极集电器和延伸的集电器部分的实例可包括不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳、或者用碳、镍、钛、银等表面处理过的铝或不锈钢。正极集电器可在其表面上具有细小的无规物以增加正极活性材料的粘合性，且可具有诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫、以及无纺纤维等的各种形状。
正极活性材料的实例可包括：例如，锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)等的层状化合物、或者由一种或多种过渡金属取代的化合物；锂锰氧化物，诸如Li1+xMn2-xO4(其中，x为0-0.33)、LiMnO3、LiMn2O、LiMnO2等；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物，诸如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5、CuZV2O7等；由化学式LiNi1-xMxO2(其中，M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，x＝0.01-0.3)表示的Ni位型锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中，M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，且x＝0.01-0.1)或者Li2Mn3MO8(其中，M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；由LiNixMn2-xO4表示的尖晶石结构的锂锰复合氧化物；其中部分的Li由碱土金属离子取代的LiMn2O4；二硫化合物；Fe2(MoO4)3以及类似物。然而，本公开内容可不限于此。
负极集电器通常可制成大约3μm至500μm的厚度。对于负极集电器，可使用不会引发化学变化且具有导电性的材料而没有限制。负极集电器和延伸的集电器部分的实例可包括铜、不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳、或者用碳、镍、钛、银等表面处理过的铜或不锈钢、铝镉合金等。此外，与正极集电器类似，负极集电器和/或延伸的集电器部分可在其表面上具有细小的无规物以增加负极活性材料的粘合性，且可具有诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫以及无纺纤维等的各种形状。
作为负极活性材料，例如，可使用碳，诸如非石墨化碳或者石墨系碳；金属复合氧化物，诸如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1))、SnxMe1-xMe′yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me′：Al、B、P、Si、周期表的1、2、3族元素、卤素；0≤x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)；锂金属；锂合金；硅系合金；锡系合金；金属氧化物，诸如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、或Bi2O5；导电聚合物，诸如聚乙炔；或者Li-Co-Ni系材料；钛氧化物；锂钛氧化物等。
通常添加导电剂以使得导电剂具有基于包括电极活性材料在内的浆料的总重量的1重量％至30重量％。导电剂没有特别地限制，只要导电剂在应用所述导电剂的电池内不会引发任何化学变化的同时表现出高导电性即可。例如，石墨，诸如天然石墨或者人工石墨；炭黑，诸如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑、热炭黑；导电纤维，诸如碳纤维或者金属纤维；金属粉末，诸如氟化碳粉末、铝粉、或者镍粉；导电晶须，诸如氧化锌或者钛酸钾；导电金属氧化物，诸如钛氧化物；或者聚苯撑衍生物可用作导电剂。
粘合剂是辅助活性材料和导电剂之间的粘合以及辅助与集电器的粘合的一种组分。通常以基于包括电极活性材料在内的浆料的总重量1重量％至30重量％的量添加粘合剂。作为粘合剂的实例，可以使用聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶、以及各种共聚物。
此外，电极浆料可包括填料，填料是一种用于抑制正极膨胀的可选组分。对于填料没有特别的限制，只要填料在应用所述填料的电池内不会引起化学变化、且由纤维材料制成即可。作为填料的实例，可以使用烯烃聚合物，诸如聚乙烯和聚丙烯；以及纤维材料，诸如玻璃纤维和碳纤维。
本公开内容还提供了一种根据上述方法制备的二次电池用电极，因此制备的电极可在集电器的部分或者全部的孔或通孔中具有包含电极活性材料的电极混合物，且在集电器上涂覆的电极混合物的涂布高度可以是均匀的。
也就是说，相较于使用与在本公开内容中所用的集电器相同的集电器的常规制备方法，根据本公开内容的电极可具有均匀的电极混合物层。因此，可防止在电极混合物层中电化学反应的不均匀性，由此改进了整个二次电池的性能。
本公开内容还提供一种包括所述电极的锂二次电池、一种使用所述锂二次电池作为单元电池的电池组、以及一种包括所述电池组的装置。
所述装置的具体实例可包括：诸如计算机、移动电话、电动工具之类的小型装置，和中型及大型装置，诸如由电动马达驱动的电动工具(power tool)；包括电动汽车(EV，electric vehicle)、混合电动汽车(HEV，hybrid electric vehicle)、插电式混合电动汽车(PHEV，plug-in hybrid electric vehicle)等的电动汽车；包括电动自行车(E-bike)和电动滑板车(E-scooter)在内的电动摩托车；电动高尔夫球车、电源存储系统等，但本公开内容不限于此。
除此之外，制造锂二次电池的方法以及制造电池组等的方法是在本领域中众所周知的，因此在本公开内容中将省略对其的详细描述。
有益效果
如上所述，通过这样一种工序：在涂布电极浆料之前，将屏蔽膜与集电器尚未涂布有电极浆料的一个表面紧密接触，然后将电极浆料涂布在集电器上并在相对低的温度下进行初步干燥以形成过渡电极，然后移除屏蔽膜并在相对高的温度下进行再次干燥，即使当使用具有孔或者孔洞的集电器时，根据本公开内容的制备二次电池用电极的方法也能够形成均匀的电极混合物层。因此，根据本公开内容的制备二次电池用电极的方法可防止在电极混合物层中电化学反应的不均匀性，由此改进了整个二次电池的性能。
附图说明
图1是根据现有技术制备的二次电池用电极的示意图。
图2是示出根据本公开内容一实施方式的制备二次电池用电极的方法的示意图。
图3是示出根据本公开内容另一实施方式的制备二次电池用电极的方法的示意图。
图4是根据实验例1的电极的表面的照片。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的示例性实施方式，这是为了容易理解本公开内容，而本公开内容的范围并不限于此。
图2是示出根据本公开内容一实施方式的制备二次电池用电极的方法的示意图。
参照图2，制备出具有多个贯通孔洞111的集电器110(步骤(a))。将屏蔽膜120与集电器110的一个表面紧密接触以将孔洞111从这一表面屏蔽(步骤(b))。
将该屏蔽膜120与集电器110紧密接触的方法并没有限制，但具体而言，可通过辊压来执行。
在此之后，将包含电极活性材料的电极浆料131涂覆在集电器110未附接有屏蔽膜120的另一表面上(步骤(c))。
在涂覆电极浆料131之前将屏蔽膜120附接至与待涂布电极浆料131的表面相对的表面以屏蔽孔洞111的情况下，电极浆料131不会通过孔洞111泄露至涂布表面的相对表面，因为该表面被屏蔽膜120屏蔽，并因此电极浆料131可被涂布以具有均匀的表面。
在完全涂覆电极浆料之后，将电极浆料在大约30℃至60℃的温度下干燥5分钟至15分钟以形成过渡电极101，并将屏蔽膜120从过渡电极101移除(步骤(d))。
上述干燥是为了防止在移除屏蔽膜120之前通过使电极浆料131的溶剂挥发至一定程度而硬化的电极浆料132在移除屏蔽膜120之后通过孔洞111而泄露的现象。然而，由于可使用热塑性树脂作为屏蔽膜120，为了防止因热所致的变形，电极浆料131在相对低的温度下进行短时间的初步干燥以硬化电极浆料131。
在从过渡电极101移除屏蔽膜120之后，电极浆料在约60℃至120℃的温度(高于上述干燥温度)下再次干燥20小时以上以使电极浆料中的全部溶剂挥发并制备在集电器110上具有电极混合物层的电极100(步骤(e))。
这样制备的电极100可在集电器100的部分或者全部的孔洞111中具有含电极活性材料的电极混合物133，而且涂覆在集电器111上的电极混合物133的涂布高度可以是均匀的。
图3是示出根据本公开内容另一实施方式的制备二次电池用电极的方法的示意图。
参照图3，与图2相比，工序(a1)到工序(d1)与图2的从(a)到(d)的工序是相同的。
特别地，制备出其中形成有多个通孔洞211的集电器210(步骤(a1))。将屏蔽膜220与集电器210的一个表面紧密接触以将孔洞211从这一表面屏蔽(步骤(b1))。
当然，将该屏蔽膜220与集电器110紧密接触的方法并没有限制，但具体而言，可通过辊压来执行。
在此之后，将包含电极活性材料的电极浆料231涂覆至集电器210未附接有屏蔽膜220的另一表面(步骤(c1))，并在完全涂覆电极浆料231之后，将电极浆料在大约30℃至60℃的温度下干燥约5分钟至15分钟以形成具有其中溶剂部分挥发至具有预定硬度的电极浆料232的过渡电极201，并将屏蔽膜220从过渡电极201移除(步骤(d1))。
在此之后的工序与图2的工序不同，特别地，将含有电极活性材料的电极浆料231进一步涂覆在集电器210未形成有电极浆料的表面上，即，之前附接有屏蔽膜220的集电器的表面(步骤(e1))，并在约60℃至120℃的温度(高于上述干燥温度)下干燥20小时以上以使电极浆料和电极浆料中的全部溶剂挥发并且制备在集电器210的两个表面上都具有电极混合物层的电极200(步骤(f1))。
在额外的电极浆料231涂布工序(e1)中，由于过渡电极201的形成在集电器210一个表面上的电极浆料层232，电极浆料231并未泄露至涂布表面的相对表面。
由以上工序制备的电极200在集电器的全部孔洞211中具有包含电极活性材料的电极混合物233，并且在集电器的两侧均具有均匀的涂布表面。
在下文中，将参照本公开内容的实施例详细地描述本公开内容，但本公开内容的范围不限于此。
<实施例1>
通过辊压方法将石蜡(Parafilm)膜附接至铜箔的一个表面并进行掩蔽(masking)，所述铜箔具有50％的开口率、0.05mm的孔洞直径、1mm的孔洞间隙以及20μm的厚度。
将作为负极活性材料的石墨(graphite)、作为导电材料的denka黑、和作为粘合剂的聚偏二氟乙烯以(polyvinylidene fluoride)96:2:2的重量比例进行混合，并将所得到的混合物加入至N-甲基吡咯烷酮(NMP,N-methyl pyrrolidone)以制备浆料，然后将所述浆料以2.44mAh/cm2涂覆至铜箔未附接有石蜡膜的另一表面。
在此之后，将涂布有浆料的电极置于烘箱中，在45℃下干燥10分钟，取出，并将石蜡膜慢慢除去。
将移除石蜡膜的电极再次置于烘箱中，并在80℃下干燥24小时。
<比较例1>
将作为负极活性材料的石墨(graphite)、作为导电材料的denka黑、和作为粘合剂的聚偏二氟乙烯以(polyvinylidene fluoride)96:2:2的重量比例进行混合，并将所得到的混合物加入至N-甲基吡咯烷酮(NMP，N-methyl pyrrolidone)以制备浆料，然后将所述浆料以2.44mAh/cm2涂覆至铜箔的一个表面，所述铜箔具有50％的开口率、0.05mm的孔洞直径、以及20μm的厚度。
在此之后，将涂布有浆料的电极置于烘箱中，并在80℃下干燥24小时。
<实验例1>
电极表面的比较
在实施例1和比较例1中制备的电极的表面的照片示出在图4中。
从图4中可以看出，根据实施例1的电极表面是均匀的，但根据比较例1的电极表面是不均匀的，而且可以看出这两个电极可能无法控制相同的电极负载。
本领域技术人员所应当理解的是，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下可做出各种改变。

Claims (17)

1.一种制备二次电池用电极的方法，所述方法包括：
(i)制备集电器和电极浆料的工序，所述集电器中形成有通孔或者孔洞，所述电极浆料包含电极活性材料；
(ii)将屏蔽膜与所述电极集电器的一个表面紧密接触以屏蔽在所述集电器的所述一个表面上的孔或者孔洞的工序；
(iii)将所述电极浆料涂布在所述集电器未附接有所述屏蔽膜的另一表面上、并初步干燥以制备过渡电极的工序；
(iv)从所述过渡电极移除所述屏蔽膜的工序；和
(v)再次干燥所述过渡电极以制备所述电极的工序。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述集电器是具有50％至98％孔隙率的金属泡沫体、具有50％至95％孔隙率的金属纤维体、或者具有15％至70％开口率的金属箔。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述集电器是具有70％至98％孔隙率的金属泡沫体或者具有70％至95％孔隙率的金属纤维体。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述集电器是具有50％至70％开口率的金属箔。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述集电器具有10μm至20μm的厚度。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述孔的平均直径为0.1μm至10μm。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述孔洞的直径为0.01mm至1mm。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述孔之间的平均间隙为0.1μm至1μm。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述孔洞之间的平均间隙为0.01mm至1mm。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述屏蔽膜是石蜡基树脂膜。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述石蜡基树脂膜是石蜡膜。
12.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(ii)中将屏蔽膜与所述电极集电器紧密接触的方法是通过辊压来执行。
13.如权利要求1所述的方法，其中，所述电极浆料进一步包括粘合剂和/或导电材料。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(iii)中的所述初步干燥是在30℃至60℃的范围内执行5分钟至15分钟。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(v)中的所述再次干燥是在60℃至120℃的范围内执行20小时以上。
16.如权利要求1所述的方法，其中，在所述电极制造工序(iv)和工序(v)之间进一步包括将电极浆料涂布在所述集电器的已移除屏蔽膜的所述一个表面上的工序。
17.一种二次电池用电极，所述电极是根据权利要求1至16中任一项所述的方法制备的，其中，含有电极活性材料的所述电极混合物是在所述集电器的部分或者全部的所述孔或者通孔中，且在所述集电器上涂覆的所述电极混合物的涂布高度是均匀的。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109065838A (zh) * 2018-08-16 2018-12-21 薛树超 一种结合多孔金属片的锰锂电池粉体的制备方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4641792B2 (ja) * 2004-12-15 2011-03-02 株式会社バンダイナムコゲームス 情報提供システム、プログラム、情報記憶媒体および情報提供方法
KR102527050B1 (ko) 2019-06-07 2023-04-28 에스케이온 주식회사 이차전지용 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 이차전지
KR102249928B1 (ko) * 2019-11-18 2021-05-10 연세대학교 산학협력단 계층적 적층 구조를 가지는 금속-유기 골격체 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치
KR102284429B1 (ko) * 2019-12-04 2021-08-03 삼화전기 주식회사 Edlc의 전극 제조방법
JP2022060673A (ja) * 2020-10-05 2022-04-15 本田技研工業株式会社 非水電解質二次電池用負極及びこれを備える非水電解質二次電池

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040264110A1 (en) * 2002-01-28 2004-12-30 Hartmut Michel Electrodes, the production thereof and condensers containing said electrodes
CN1768404A (zh) * 2003-03-31 2006-05-03 富士重工业株式会社 有机电解质电容器
CN101546827A (zh) * 2008-03-26 2009-09-30 富士重工业株式会社 电极制造方法
CN101546649A (zh) * 2008-03-28 2009-09-30 富士重工业株式会社 电极的制造方法、蓄电装置及中间层叠材料
US20130022867A1 (en) * 2010-05-12 2013-01-24 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Electrode for lithium-ion secondary battery and manufacturing process for the same

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10172539A (ja) * 1996-12-05 1998-06-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 蓄電池用電極及びその製造方法
JP3850977B2 (ja) 1998-03-31 2006-11-29 三洋電機株式会社 高分子固体電解質電池の製造方法
KR19990085714A (ko) 1998-05-21 1999-12-15 손욱 리튬 이차 전지용 극판
KR20000015320A (ko) * 1998-08-28 2000-03-15 홍건희 리튬이온 및 리튬이온 폴리머 전지용 전극 제조 방법
DE10318042A1 (de) * 2003-04-17 2004-11-04 Basf Drucksysteme Gmbh Verfahren zur Herstellung von fotopolymerisierbaren, zylindrischen, endlos-nahtlosen Flexodruckelementen und deren Verwendung zur Herstellung zylindrischer Flexodruckformen
JP2006318709A (ja) 2005-05-11 2006-11-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd マンガン乾電池
US7976979B2 (en) * 2006-09-20 2011-07-12 Panasonic Corporation Secondary battery and method for manufacturing secondary battery
JP2010015974A (ja) * 2008-03-28 2010-01-21 Fuji Heavy Ind Ltd 電極の製造方法、蓄電デバイス、および中間積層材
RU2501126C2 (ru) 2009-05-28 2013-12-10 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Отрицательный электрод для литий-ионной вторичной батареи и батарея с его использованием
CN102473901A (zh) * 2010-03-29 2012-05-23 松下电器产业株式会社 非水电解质二次电池用负极及其制造方法、以及非水电解质二次电池
CN102610831A (zh) * 2012-03-26 2012-07-25 龙能科技（苏州）有限公司 锂离子电池的电极及其制备方法
KR101386675B1 (ko) * 2012-05-09 2014-04-21 한국기계연구원 금속메쉬층을 포함하는 전지용 집전체의 제조방법
JP6022678B2 (ja) 2012-05-09 2016-11-09 コリア インスティチュート オブ マシナリー アンド マテリアルズ 金属メッシュ層を含む電池用集電体及びその製造方法
KR101606958B1 (ko) 2012-05-31 2016-03-28 주식회사 엘지화학 집전체, 이를 포함하는 전극 및 이차 전지

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040264110A1 (en) * 2002-01-28 2004-12-30 Hartmut Michel Electrodes, the production thereof and condensers containing said electrodes
CN1768404A (zh) * 2003-03-31 2006-05-03 富士重工业株式会社 有机电解质电容器
CN101546827A (zh) * 2008-03-26 2009-09-30 富士重工业株式会社 电极制造方法
CN101546649A (zh) * 2008-03-28 2009-09-30 富士重工业株式会社 电极的制造方法、蓄电装置及中间层叠材料
US20130022867A1 (en) * 2010-05-12 2013-01-24 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Electrode for lithium-ion secondary battery and manufacturing process for the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109065838A (zh) * 2018-08-16 2018-12-21 薛树超 一种结合多孔金属片的锰锂电池粉体的制备方法

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Publication number Publication date
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