CN114730864A - 用于二次电池的电极和制造其的方法 - Google Patents

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Abstract

根据本公开内容的一个实施方式的用于二次电池的电极包括：电极集电器；以及位于所述电极集电器上的活性材料层，其中所述活性材料层形成为使得由包含阳极活性材料、导电材料、表面活性剂和粘合剂的水性溶液制备的电极浆料涂布到所述电极集电器上，并且其中所述粘合剂包括水溶性聚合物。

Description

用于二次电池的电极和制造其的方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年9月7日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0113648号和于2021年8月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0110158号的权益，通过引用将上述申请的公开内容作为整体结合在此。
本公开内容涉及一种用于二次电池的电极以及一种用于二次电池的电极的制造方法，且更具体地，涉及一种具有改善的分散性和粘度的用于二次电池的电极以及一种用于二次电池的电极的制造方法。
背景技术
随着对移动装置的技术开发和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求迅速增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和高电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池是可商购的并被广泛使用。
特别是，二次电池作为诸如电动自行车、电动汽车、混合动力电动汽车之类的动力驱动装置的能源、以及诸如手机、数码相机、笔记本电脑和可穿戴装置之类的移动装置的能源备受关注。
此外，随着对环境问题的关注日益增加，人们对电动汽车、混合动力电动汽车等的研究也越来越频繁，它们能够替代作为空气污染的主要原因之一的诸如汽油车和柴油车之类的使用化石燃料的汽车。虽然镍金属氢化物二次电池主要用作电动汽车和混合动力电动汽车的电源，但正在积极研究使用具有高的能量密度和放电电压的锂二次电池，并且其中一部分正处于商业化阶段。
在制造常规的二次电池电极中的阳极时，施加在电极集电器上的电极浆料分为有机基和水基。此时，在成本方面，例如制造成本和管理成本，水基电极浆料比有机基电极浆料更具优势，因此常规的用于二次电池的阳极已使用水基电极浆料来制造。
此外，通常，作为用于二次电池的阳极中所包含的阳极活性材料的石墨(graphite)是一种不能分散在水中的材料。因此，常规的用于二次电池的阳极在水基电极浆料中包括羧甲基纤维素(Carboxymethyl cellulose，CMC)，从而确保石墨的分散性和电极浆料的粘度。
然而，羧甲基纤维素在水中的溶解度相对较低。因此，存在着难以增加可包含在水基电极浆料中的阳极活性材料的含量的限制。此外，羧甲基纤维素在水中的溶解度低，因此可能产生未溶解物质或不溶解物质(Micro-gel，微凝胶)。结果，产生了凝胶化现象、电极表面缺陷、管路中的过滤器的堵塞等问题，并因此电极品质劣化。
除此之外，考虑到羧甲基纤维素在水中的溶解度低，在常规的水基电极浆料的情况下，为了提高石墨的分散性，需要进一步进行单独的高粘度混合(Kneading，混炼)。在此，高粘度混合(Kneading)对高粘度面团中的固体成分施加均匀的剪切(Shear)力，从而提高固体成分的分散性。然而，仅通过高粘度混合(Kneading)来提高固体成分的分散性是有限的，当在高粘度混合中不能充分地施加剪切力时，存在着电极浆料的分散性和相稳定性变差的问题。
此外，在由高粘度混合(Kneading)之后所添加的溶剂决定电极浆料的粘度时，固体成分不可避免地降低，并且存在着工艺效率降低和工艺复杂性增加的问题。
因此，需要开发一种能够克服羧甲基纤维素的局限性的包括水基电极浆料的电极以及制造该电极的方法。具体地，越来越需要开发一种包括具有高固体成分的水基电极浆料、同时改善了电极浆料中所包含的固体成分的分散性和粘度的电极。
发明内容
技术问题
本公开内容的目的在于提供一种具有改善的分散性和粘度的用于二次电池的电极，以及一种该用于二次电池的电极的制造方法。
本公开内容的目的不限于上述目的，本领域技术人员应当通过以下详细描述和附图清楚地理解本文未描述的其他目的。
技术方案
根据本公开内容的一个实施方式，提供一种用于二次电池的电极，包括：电极集电器；以及位于所述电极集电器上的活性材料层，其中所述活性材料层形成为使得由包含阳极活性材料、导电材料、表面活性剂和粘合剂的水性溶液制备的电极浆料涂布到所述电极集电器上，并且其中所述粘合剂包括水溶性聚合物。
所述电极浆料可以具有基于所述电极浆料的总重量的50重量％至90重量％的固体成分。
所述电极浆料的粘度可以为1000cps至50000cps。
所述表面活性剂的含量可以为基于所述电极浆料的总重量的0.01重量％至10重量％。
所述表面活性剂可以包括叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇、辛基苯氧基聚乙氧基乙醇和聚山梨醇酯20中的至少一种。
所述粘合剂的粘度可以为3000cps至50000cps。
所述粘合剂可以包括聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚丙烯腈和聚酰胺中的至少一种。
所述阳极活性材料可以包括石墨(Graphite)、氧化硅基材料(SiOx)或它们的混合物。
所述导电材料可以包括碳基材料、CNT(Carbon nanotube，碳纳米管)、石墨烯(Graphene)或它们的混合物。
根据本公开内容的又一实施方式，提供一种二次电池，包括上述用于二次电池的电极。
根据本公开内容的再一实施方式，提供一种用于二次电池的电极的制造方法，包括以下步骤：将阳极活性材料和导电材料与表面活性剂水溶液混合以制备第一溶液；将粘合剂与所述第一溶液混合以制备电极浆料；和将所述电极浆料施加和涂布到电极集电器上，其中所述粘合剂可以包括水溶性聚合物。
所述电极浆料可以具有基于所述电极浆料的总重量的50重量％至90重量％的固体含量。
所述电极浆料的粘度可以为1000cps至50000cps。
所述表面活性剂的含量可以为基于所述电极浆料的总重量的0.01重量％至10重量％。
所述粘合剂的粘度可以为3000cps至50000cps。
有益效果
根据本公开内容的各实施方式，提供一种用于二次电池的电极以及该用于二次电池的电极的制造方法，所述电极形成为使得将包括表面活性剂和包含水溶性聚合物的粘合剂的电极浆料涂布到电极集电器上，并因此可以改善电极浆料中的活性材料的分散性和可以改善电极浆料的粘度。
本公开内容的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员将从说明书和所附权利要求中清楚地理解以上未描述的其他附加效果。
附图说明
图1是根据比较例的分散体的放大图像；和
图2是根据本公开内容的实施方式的分散体的放大图像。
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各种实施方式，以便本领域技术人员能够容易地实施它们。本公开内容可以以各种不同的方式进行修改，并且不限于本文阐述的实施方式。
现在，下面将描述根据本公开内容的一个实施方式的用于二次电池的电极及其制造方法。
根据本公开内容的一个实施方式的一种用于二次电池的电极包括：电极集电器；以及位于所述电极集电器上的活性材料层，其中所述活性材料层形成为使得由包含阳极活性材料、导电材料、表面活性剂和粘合剂的水性溶液制备的电极浆料涂布到所述电极集电器上，并且其中所述粘合剂包括水溶性聚合物。
此外，电极浆料可以具有基于电极浆料的总重量的30重量％至90重量％的固体成分。更优选地，电极浆料可以具有基于电极浆料的总重量的30重量％至80重量％的固体成分。作为示例，电极浆料可以具有基于电极浆料的总重量的50重量％至90重量％的固体成分。
当电极浆料中所含固体的含量满足上述范围时，电极浆料可以包含足够量的阳极活性材料，这在电极质量、制造成本和工艺控制方面会是有利的。当电极浆料的固体成分低于30重量％时，电极浆料包含相对少量的阳极活性材料，因此电池性能下降，这根据制造工艺的不同而在时间和成本方面会是不利的，此外，当电极浆料的固体成分超过90重量％时，电极浆料没有流动性，因此无法涂布到集电器上，并且电极浆料的相稳定性非常不稳定，固体成分在电极浆料中分散困难，并且电极的质量例如电极的表面缺陷会变差。
此外，电极浆料的粘度可以为1000cps至50000cps。更优选地，电极浆料的粘度可以为3000cps至30000cps。在一个示例中，电极浆料的粘度可以为4000cps至20000cps。
当电极浆料的粘度满足上述范围时，可以抑制电极浆料中所含的固体成分的沉降，并且活性材料的分散状态可能长时间保持均等。当电极浆料的粘度小于1000cps时，难以抑制电极浆料中固体成分的沉降，因此活性材料的分散状态可能无法长时间保持均等。此外，当电极浆料的粘度大于50000cps时，可能难以进行电极浆料的搅拌，因此固体成分的分散程度可能会大大降低。
在下文中，将详细地描述根据本公开内容的实施方式的用于二次电池的电极中所包括的各个组分。
活性材料可以是阳极活性材料。阳极活性材料可以是本领域中常用的用于锂二次电池的阳极活性材料。作为示例，可以使用诸如锂金属、锂合金、石油焦、活性炭(activatedcarbon)、石墨(graphite)、硅、锡、金属氧化物或其他碳的材料。更优选地，阳极活性材料可以是石墨(Graphite)、氧化硅基材料(SiOx)或它们的混合物。
更具体地，大多数阳极活性材料可以是疏水的，并且阳极活性材料可以与水具有低反应性。因此，在根据本实施方式的用于二次电池的电极中，即使电极浆料连同阳极活性材料一起还包括诸如蒸馏水(Di water)的水性溶剂基质作为溶剂，阳极活性材料和溶剂之间也不会发生反应，并因此电极的容量可以很容易实现，并且电阻可以很小。
然而，一般的阴极活性材料是包括锂(Li)的金属氧化物基材料，并且由于其亲水性而与水具有高反应性。因此，当包括作为溶剂的诸如蒸馏水(Di water)的水性溶剂基质连同阴极活性材料一起作为电极浆料时，阴极活性材料与水之间会经常发生反应，因此难以实现电极的容量，并相应地存在着诸如电阻变得非常大的技术局限性。此外，考虑到阴极活性材料与水之间的反应性，存在着非常难以管理工艺中的水分的问题。
因此，在使用诸如蒸馏水(Di water)的水性溶剂基质作为溶剂的水基电极浆料的情况下，类似于根据本实施方式的用于二次电池的电极，活性材料可以优选为阳极活性材料。
阳极活性材料的含量可以为基于电极浆料的总重量的40重量％至80重量％。更优选地，阳极活性材料的含量可以为基于电极浆料的总重量的45重量％至70重量％。作为示例，阳极活性材料的含量可以为基于电极浆料的总重量的50重量％至65重量％。
当电极浆料中所含的阳极活性材料的含量满足上述范围时，电极浆料可以包含足够量的阳极活性材料，这在电极质量、制造成本和工艺控制方面会是有利的。当电极浆料包含少于40重量％的阳极活性材料时，电极浆料包含相对少量的阳极活性材料，因此电池性能会下降，这根据制造工艺的不同而在时间和成本方面会是不利的，此外，当电极浆料包含大于80重量％的阳极活性材料时，可能存在未在电极浆料中分散的阳极活性材料，并且电极质量例如电极的表面缺陷会变差。
表面活性剂可以是非离子表面活性剂。在一个示例中，表面活性剂可以包括叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇(t-Octylphenoxypolyethoxyethanol，Triton X-100)、辛基苯氧基聚乙氧基乙醇(octylphenoxypolyethoxyethanol，Nonidet P40或IGEPAL CA-630)、聚山梨醇酯20(Polyoxyethylene(20)，sorbitan monolaurate，Tween20)和类似物，可以单独地使用它们中的一个或者使用它们中的两个以上的混合物。然而，表面活性剂不限于上述材料，能够将阳极活性材料分散在诸如蒸馏水(Di water)的水性溶剂基质中的任何表面活性剂都可以被包括在本公开内容的表面活性剂中。
表面活性剂在电极浆料中可以起到分散剂的作用。具体地，表面活性剂可以分散电极浆料中所包含的阳极活性材料。更具体地，从大部分阳极活性材料是疏水性的观点来看，表面活性剂可以提高阳极活性材料在作为溶剂的诸如蒸馏水(Di water)的水性溶剂基质中的分散性。
因此，与常规的水基电极浆料不同，在本实施方式的情况下，阳极活性材料通过表面活性剂而容易分散在溶剂中，因此能够进一步增加电极浆料的固体成分。此外，在本实施方式的情况下，可以不额外地进行以改善石墨的分散性为目的的单独的高粘度混合(Kneading)，其优点在于不仅提高了工艺效率，而且还可以简化工艺。
表面活性剂的含量可以为基于所述电极浆料的总重量的0.01重量％至10重量％。更优选地，表面活性剂的含量可以为基于所述电极浆料的总重量的0.01重量％至5重量％。在一个示例中，表面活性剂的含量可以为基于所述电极浆料的总重量的0.1重量％至1重量％。
当表面活性剂的含量满足上述范围时，可以改善电极浆料中所包含的活性材料的分散性，并且还可以增加电极浆料中可以包含的活性材料的含量。当表面活性剂的含量小于0.01重量％时，难以将足够量的活性材料和导电材料分散在电极浆料中，并且电极浆料的质量可能变差。此外，当表面活性剂的含量超过10重量％时，存在着由表面活性剂引起的气泡过度产生、电极浆料难以处理、表面活性剂会引起与电解液的副反应的问题，从而降低电池性能。
导电材料用于对电极赋予导电性，并且导电材料可以不受特别限制地进行使用，只要其具有电子导电性而不会对所构造的电池造成化学变化。导电材料的具体实例包括：碳基材料，诸如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、热炭黑、碳石墨烯和碳纤维；石墨，诸如天然石墨和人造石墨；金属粉末或金属纤维，诸如铜、镍、铝和银；导电晶须，诸如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，诸如氧化钛；或导电聚合物，诸如聚苯衍生物，可以单独地使用它们中的一个或者使用它们中的两个以上的混合物。更优选地，导电材料可以是碳基材料、CNT(Carbon nanotube，碳纳米管)、石墨烯(Graphene)或它们的混合物。
导电材料的含量可以为基于电极浆料的总重量的0.01重量％至20重量％。
粘合剂起到提高阳极活性材料颗粒之间的粘附性以及阳极活性材料与集电器之间的粘合力的作用。此外，粘合剂具有高粘度并用于改善电极浆料的粘度。
在一个示例中，粘合剂通常可以包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、偏二氟乙烯-共-六氟丙烯共聚物(PVDF-co-HFP)、聚乙烯醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、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-二烯单体(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡胶(SBR)、氟橡胶、或它们的各种共聚物，可以单独地使用它们中的一个或者使用它们中的两个以上的混合物。
更优选地，粘合剂可以包括水溶性聚合物。包含水溶性聚合物的粘合剂可以包括聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸酯、聚乙烯醋酸乙烯酯、苯乙烯丙烯酸酯树脂、苯乙烯丁二烯树脂(SBR)、聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、纤维素树脂、海藻酸盐、聚氨酯、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinyl Pyrrolidone，PVP)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰胺(PA)、和类似物，可以单独地使用它们中的一个或者使用它们中的两个以上的混合物。
作为根据本实施方式的粘合剂，除了以上列出的水溶性聚合物中的羧甲基纤维素(CMC)和苯乙烯丁二烯树脂(SBR)以外，还可以使用聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸酯、聚乙烯醋酸乙烯酯、苯乙烯丙烯酸酯树脂、聚乙烯醇(PVA)、淀粉、纤维素树脂、海藻酸盐、聚氨酯、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinyl Pyrrolidone，PVP)、聚酰亚胺(PI，polyimide)、聚丙烯腈(PAN，polyacrylonitrile)、聚酰胺(PA，polyamide)、或它们的各种共聚物、和类似物，可以单独地使用它们中的一个或者使用它们中的两个以上的混合物。
粘合剂的含量可以为基于电极浆料的总重量的1重量％至30重量％。更优选地，粘合剂的含量可以为基于电极浆料的总重量的1重量％至20重量％。在一个示例中，粘合剂的含量可以为基于电极浆料的总重量的1重量％至10重量％。
此外，粘合剂的粘度可以为3000cps至50000cps。更优选地，粘合剂的粘度可以为4000cps至50000cps。在一个示例中，粘合剂的粘度可以为5000cps至50000cps。
当粘合剂的粘度满足上述范围时，粘合剂可以充分地确保电极浆料的粘附性和粘度。当粘合剂的粘度小于3000cps时，可能难以确保电极浆料的粘度达到预期，这会使得活性材料的分散状态难以长时间保持均等。此外，当粘合剂的粘度超过50000cps时，可能难以进行粘合剂的搅拌，并且固体成分的分散程度可能会大大降低。
根据本公开内容的另一实施方式的二次电池可以包括用于二次电池的阳极。更具体地，二次电池可以包括电极组件和电解质，该电极组件包括用于二次电池的阳极、阴极和插置于用于二次电池的阳极和阴极之间的隔板。
类似于用于二次电池的阳极，可以通过将包括阴极活性材料、粘合剂、导电材料等的阴极浆料施加到阴极集电器上来制造阴极。
此外，可以以将包括阴极活性材料的阴极浆料施加到阴极集电器上的形式来制造阴极，并且阴极浆料可以进一步包括如上所述的导电材料和粘合剂连同阴极活性材料一起。
阴极活性材料例如可以包括：层状化合物，诸如锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)、或由一种或多种过渡金属取代的化合物；诸如化学式为Li1+xMn2-xO4(其中，x为0以上且0.33以下)、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2的锂锰氧化物；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物，诸如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5、和Cu2V2O7；由化学式LiNi1-xMxO2(其中，M为Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，且x为0.01以上且0.3以下)表示的Ni-位型锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中，M为Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，且x为0.01以上且0.1以下)或Li2Mn3MO8(其中M为Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；具有由LiNixMn2-xO4表示的尖晶石结构的锂锰复合氧化物；LiMn2O4，其中化学式中的Li部分地被碱土金属离子取代；二硫化合物；Fe2(MoO4)3；和类似物，但不限于此。
阴极集电器没有特别限制，只要其具有高导电性同时不会对电池造成化学变化即可，并且例如，可以使用不锈钢、铝、镍、钛、煅烧碳、或者表面经碳、镍、钛、银等处理的铝或不锈钢。此外，阴极集电器可以具有3μm至500μm的厚度，并且可以具有形成在集电器的表面上的细微的凹凸，从而增强阴极活性材料的粘合力。例如，可以以诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫、和无纺布之类的各种形式进行使用。
隔板将阳极和阴极隔开，并为锂离子的迁移提供通道。可以不受特别限制地使用任何隔板，只要其通常用作锂二次电池中的隔板即可。特别地，优选对电解质具有优异的保湿能力、同时对电解质离子的迁移具有低阻力的隔板。具体地，可以使用多孔聚合物膜，例如，由诸如乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物之类的聚烯烃基聚合物制成的多孔聚合物膜，或具有它们中的两层或更多层的层压结构。此外，可以使用常规的多孔无纺布，例如由高熔点玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维或类似物制成的无纺布。此外，为了确保耐热性或机械强度，可以使用包含陶瓷组分或聚合物材料的涂覆隔板，并且任选地，可以使用单层或多层结构。
此外，本公开内容所使用的电解质溶液可以包括但不限于在锂二次电池的制备中可使用的有机液体电解质、无机液体电解质、固体聚合物电解质、凝胶型聚合物电解质、固体无机电解质、熔融无机电解质或类似物。
具体地，电解质溶液可以包括有机溶剂和锂盐。
作为有机溶剂，可以不受特别限制地使用任何溶剂，只要其可以充当参与电池的电化学反应的离子可以迁移通过的介质即可。具体地，作为有机溶剂，可以使用酯基溶剂，诸如乙酸甲酯(methyl acetate)、乙酸乙酯(ethyl acetate)、γ-丁内酯(γ-butyrolactone)、或ε-己内酯(ε-caprolactone)；醚基溶剂，诸如二丁醚(dibutyl ether)、或四氢呋喃(tetrahydrofuran)；酮基溶剂，诸如环己酮(cyclohexanone)；芳香烃基溶剂，诸如苯(benzene)或氟代苯(fluorobenzene)；碳酸酯基溶剂，诸如碳酸二甲酯(dimethylcarbonate，DMC)、碳酸二乙酯(diethylcarbonate，DEC)、碳酸甲乙酯(methylethylcarbonate，MEC)、碳酸乙甲酯(ethylmethylcarbonate，EMC)、碳酸乙烯酯(ethylene carbonate，EC)或碳酸丙烯酯(propylene carbonate，PC)；醇基溶剂，诸如乙醇或异丙醇；腈，诸如R-CN(其中R为直链、支链或环状的C2-C20烃基，并且可以包括双键芳环或醚键)；酰胺，诸如二甲基甲酰胺；二氧戊环，诸如1,3-二氧戊环；或环丁砜(sulfolane)。在它们之中，优选碳酸酯基溶剂，且更为优选地使用由可提高电池的充放电性能的具有高离子电导率和高介电常数的环状碳酸酯(例如，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等)和低粘度的链状碳酸酯基化合物(例如碳酸乙甲酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯等)组成的混合物。在这种情况下，当环状碳酸酯和链状碳酸酯以约1:1至约1:9的体积比进行混合和使用时，电解质的性能可以优异地表现出来。
可以不受特别限制地使用锂盐，只要其是能够提供锂二次电池中使用的锂离子的化合物即可。具体地，LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlO4、LiAlCl4、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(C2F5SO3)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiCl、LiI、LiB(C2O4)2、或类似物可以用作锂盐。优选以0.1M至2.0M的浓度范围来使用锂盐。如果锂盐的浓度在上述范围内，则电解质具有适当的导电性和粘度，并因此可以表现出优异的电解质性能，并且锂离子可以有效地迁移。
为了提高电池的寿命特性、抑制电池容量的降低和提高电池的放电容量，除了上述电解质组分以外，电解质溶液可以进一步包括例如一种或多种添加剂，诸如卤代烷撑基碳酸酯基化合物(诸如二氟碳酸乙烯酯)、吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、乙二醇二甲醚(glyme)、六磷酸三酰胺、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的恶唑烷酮、N,N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、或三氯化铝。在这种情况下，添加剂的含量可以为基于电解质溶液的总重量的0.1重量％至5重量％。
根据本公开内容的另一实施方式的用于二次电池的电极的制造方法包括以下步骤：将阳极活性材料和导电材料与表面活性剂水溶液混合以制备第一溶液；将粘合剂与所述第一溶液混合以制备电极浆料；和将所述电极浆料施加和涂布到电极集电器上。
由此，根据本实施方式的用于二次电池的电极的制造方法不需要额外的高粘度混合(Kneading)，以便提高如在常规的羧甲基纤维素中的石墨的分散性而，并因此，优点在于提高了工艺的效率并简化了工艺。
此外，与在上述用于二次电池的电极中一样，即使在根据本实施方式的制造方法的情况下，粘合剂也可以包括水溶性聚合物。此外，电极浆料可以具有基于所述电极浆料的总重量的50重量％至90重量％的固体成分。此外，电极浆料的粘度可以为1000cps至50000cps。此外，表面活性剂的含量可以为基于所述电极浆料的总重量的0.01重量％至10重量％。此外，粘合剂的粘度可以为3000cps至50000cps。
由此，根据本实施方式的制造方法能够在提高电极浆料中所含的固体成分的分散性和粘度的同时制造出包含具有高固体成分的水性电极浆料的电极。
以下，将通过实施例的方式描述本公开内容的内容，但以下实施例仅用于说明目的，且本公开内容的范围不限于此。
<实施例1>
实施例1是将0.02g石墨和0.001重量％至0.01重量％的表面活性剂与10mL蒸馏水混合的分散体。
<比较例1>
实施例1是将0.02g石墨和1重量％的羧甲基纤维素与10mL蒸馏水混合的分散体。
<试验例1(层分离的确认)>
图1是根据比较例的分散体的放大图像。图2是根据本公开内容的实施方式的分散体的放大图像。
参照图1，可以确认根据比较例1的分散体引起石墨在水溶液中层分离的现象。由此可以确认，石墨具有在水中不分散的性质，但比较例1的羧甲基纤维素也不能使石墨在水中充分地分散。
因此，为了提高石墨的分散性，比较例1的羧甲基纤维素需要进一步进行单独的高粘度混合(Kneading)。即，当水基电极浆料如比较例1那样包含羧甲基纤维素时，极易发生层分离现象(如图1所示)，并且因为应额外地进行单独的高粘度混合(Kneading)，所以存在着工艺效率降低和工艺复杂性增加的问题。
另一方面，参照图2，可以确认根据实施例1的石墨在水溶液相中没有分层，而是均匀地分散。由此可以确认，石墨具有在水中不分散的性质，但实施例1的叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇使石墨在水中充分地分散。因此，与比较例1不同，实施例1的叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇不需要单独的高粘度混合，并且发生层分离现象的可能性很低(如图2所示)，这在工艺效率增加和简化方面是有利的。
<实施例2>
将石墨(Graphite)和作为导电材料的Super-C65加入到叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇的水溶液中并进行混合。将聚乙烯吡咯烷酮加入到该混合的水溶液中，并再次进行混合以制备电极浆料。此时，总的混合时间为40分钟。
此时，电极浆料中所含石墨的含量为55.99重量％，导电材料的含量为1重量％，叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇的含量为0.01重量％，聚乙烯吡咯烷酮的含量为3重量％。此时，实施例2的电极浆料具有基于总重量的60重量％的固体成分。
<实施例3>
与实施例2不同，电极浆料中所含石墨的含量为55.95重量％，叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇的含量为0.05重量％。除了这些之外，以与实施例2相同的方式制备电极浆料。
<实施例4>
与实施例2不同，电极浆料中所含的石墨含量为60.95重量％，叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇的含量为0.05重量％。此时，实施例3的电极浆料具有基于总重量的65重量％的固体成分。除了这些之外，以与实施例2相同的方式制备电极浆料。
<实施例5>
与实施例2不同，电极浆料中所含石墨的含量为60.9重量％，叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇的含量为0.1重量％。此时，实施例4的电极浆料具有基于总重量的65重量％的固体成分。除了这些之外，以与实施例2相同的方式制备电极浆料。
<比较例2>
将作为导电材料的Super-C65分散在羧甲基纤维素(Carboxymethyl cellulose，CMC)的水溶液中，并将石墨加入到该分散有导电材料的羧甲基纤维素的水溶液中，进行高粘度混合(Hard mixing)。向经高粘度混合的水溶液中额外地加入羧甲基纤维素，然后进行混合。将丁苯橡胶(SBR)加入到混合的水溶液中，然后再次进行混合以制备电极浆料。此时，总的混合时间为80分钟。
此时，电极浆料中所含石墨的含量为35重量％，导电材料的含量为1.0重量％，羧甲基纤维素的含量为1.0重量％，丁苯橡胶的含量为3.0重量％。此时，比较例1的电极浆料具有基于总重量的40重量％的固体成分。
<比较例3>
与比较例2不同，电极浆料中所含的石墨含量为42重量％。此时，比较例2的电极浆料具有基于总重量的47重量％的固体成分。除了这些之外，以与实施例2相同的方式制备电极浆料。
<比较例4>
与比较例2不同，电极浆料中所含的石墨含量为34.5重量％，羧甲基纤维素的含量为1.5重量％。除了这些之外，以与实施例2相同的方式制备电极浆料。
<比较例5>
与比较例2不同，电极浆料中所含的石墨含量为39.5重量％，羧甲基纤维素的含量为1.5重量％。此时，比较例4的电极浆料具有基于总重量的45重量％的固体成分。除了这些之外，以与实施例2相同的方式制备电极浆料。
<试验例2(粘度测定)>
基于B型粘度计测量实施例2至5和比较例2至5的粘度，结果示于下表1。
[表1]
B型粘度(cps) 48小时之后的B型粘度(cps)
实施例2 7,000 5,000
实施例3 7,000 7,000
实施例4 12,000 12,000
实施例5 12,000 12,000
比较例2 4,000 2,000
比较例3 10,000 6,000
比较例4 9,000 7,000
比较例5 15,000 13,000
参照表1，可以确认，在实施例2至5的情况下，粘度与比较例2至5相似或相对较高。由此可以确认，实施例2至5中所含的聚乙烯吡咯烷酮的粘度相当于3000cps至50000cps，因此，除了作为阳极活性材料之间的粘合剂的作用之外，聚乙烯吡咯烷酮还起到提高电极浆料的粘度的增稠剂的作用。
与此不同的是，可以确认，在比较例2至5的情况下，一些比较例具有高粘度，但是电极浆料的B型粘度均随着时间流逝而下降。此外，可以确认，在比较例2至5中，电极浆料的固体成分为40重量％至47重量％，因此，虽然固体成分比实施例2至5的固体成分(60重量％至65重量％)更低，但是显示出粘度的变化很大。由此可知，当比较例2至5的电极浆料中所含的固体成分分散在电极浆料的溶剂中时，会产生层分离。
由此，可以确认，比较例2至5的羧甲基纤维素没有使石墨充分地分散在水中。更具体地，比较例2至5中所包括的丁苯橡胶(SBR)的粘度相当于500cps至1000cps。因此，可以确认，羧甲基纤维素除了分散剂的作用之外还起到增稠剂的作用，但由于羧甲基纤维素在水中的溶解度低，因此维持粘度存在局限性。
另一方面，在实施例2至5的情况下，可以确认，尽管时间流逝，电极浆料的B型粘度也大部分保持均等。由此，可以确认实施例2至5的电极浆料具有高度相稳定性。此外，可以确认，在实施例2至5中，电极浆料中所含的固体成分的含量为60重量％至65重量％，因此，虽然固体成分比比较例2至5的固体成分(40重量％至47重量％)更高，但是显示出粘度的变化大多是均等的。由此可见，实施例2至5具有高度相稳定性的电极浆料，同时电极浆料中所含的叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇充分地分散了相当大量的固体成分。
<试验例3(硬币半电池测试)>
将实施例2至5和比较例2至5中的每一个中所制备的电极浆料涂布在铜箔电极集电器上以制备阳极。
使用以上制得的各个阳极作为工作电极，使用切割成1.7671cm2圆形的Li金属薄膜作为对电极，将聚乙烯隔板插置于工作电极和对电极之间以制备电极组件。将碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(EMC)以7:3的体积比进行混合。向混合溶剂中加入0.5重量％的碳酸亚乙烯酯(VC)和1M LiPF6作为非水电解质添加剂以制备非水电解质。将电极组件内置在硬币型壳体中，并注入制得的非水电解质溶液以制造硬币型半电池二次电池。
在以这种方式制造的二次电池的每一个均具有350mAh/g的放电容量和93％的初始效率的状态下，分别测定了放电电阻和2C(倍率)放电循环容量保持率，结果示于下表2中。
[表2]
Figure BDA0003655445020000161
参照表2可知，在比较例2至5的情况下，测量到放电电阻相对较高，测量到2C放电循环容量保持率相对较低。
由此可以确认，由于比较例2至5包含羧甲基纤维素，因此电极浆料的固体成分相对分散较少，因此，比较例2至5的活性材料和导电材料的分散量也都相对减少，这对电阻和循环特性不利。
另一方面，可以确认，由于实施例2至5包括叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇，因此电极浆料的固体成分相对分散较多，因此在实施例2至5中，活性材料和导电材料的量相对地增加，因此放电电阻和循环特性是有利的。
尽管已经参照优选实施方式示出和描述了本发明，但是本公开内容的范围不限于此，并且本领域技术人员使用所附权利要求中限定的本公开内容的基本概念进行的各种修改和改进也属于本公开内容的范围。

Claims (15)

1.一种用于二次电池的电极，包括：
电极集电器；以及
位于所述电极集电器上的活性材料层，
其中所述活性材料层形成为使得由包含阳极活性材料、导电材料、表面活性剂和粘合剂的水性溶液制备的电极浆料涂布到所述电极集电器上，并且
其中所述粘合剂包括水溶性聚合物。
2.根据权利要求1所述的用于二次电池的电极，其中：
所述电极浆料具有基于所述电极浆料的总重量的50重量％至90重量％的固体成分。
3.根据权利要求1所述的用于二次电池的电极，其中：
所述电极浆料的粘度为1000cps至50000cps。
4.根据权利要求1所述的用于二次电池的电极，其中：
所述表面活性剂的含量为基于所述电极浆料的总重量的0.01重量％至10重量％。
5.根据权利要求4所述的用于二次电池的电极，其中：
所述表面活性剂包括叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇、辛基苯氧基聚乙氧基乙醇和聚山梨醇酯20中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的用于二次电池的电极，其中：
所述粘合剂的粘度为3000cps至50000cps。
7.根据权利要求6所述的用于二次电池的电极，其中：
所述粘合剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚丙烯腈和聚酰胺中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的用于二次电池的电极，其中：
所述阳极活性材料包括石墨(Graphite)、氧化硅基材料(SiOx)或它们的混合物。
9.根据权利要求1所述的用于二次电池的电极，其中：
所述导电材料包括碳基材料、CNT(Carbon nanotube，碳纳米管)、石墨烯(Graphene)或它们的混合物。
10.一种二次电池，包括权利要求1所述的用于二次电池的电极。
11.一种用于二次电池的电极的制造方法，包括以下步骤：
将阳极活性材料和导电材料与表面活性剂水溶液混合以制备第一溶液；
将粘合剂与所述第一溶液混合以制备电极浆料；和
将所述电极浆料施加和涂布到电极集电器上，
其中所述粘合剂包括水溶性聚合物。
12.根据权利要求11所述的用于二次电池的电极的制造方法，其中：
所述电极浆料具有基于所述电极浆料的总重量的50重量％至90重量％的固体成分。
13.根据权利要求11所述的用于二次电池的电极的制造方法，其中：
所述电极浆料的粘度为1000cps至50000cps。
14.根据权利要求11所述的用于二次电池的电极的制造方法，其中：
所述表面活性剂的含量为基于所述电极浆料的总重量的0.01重量％至10重量％。
15.根据权利要求11所述的用于二次电池的电极的制造方法，其中：
所述粘合剂的粘度为3000cps至50000cps。
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