CN117480631A - 二次电池用电极及包含该电极的二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种二次电池用电极以及包含所述电极的二次电池，所述电极包含：干电极膜，所述干电极膜包含活性材料、导电材料和原纤化粘合剂；和集流体，所述电极膜堆叠在所述集流体上，其中所述导电材料包含碳纤维。

Description

二次电池用电极及包含该电极的二次电池
技术领域
本申请要求于2021年7月22日提交的韩国专利申请10-2021-0096481号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本发明涉及一种二次电池用电极和包含该电极的二次电池。
背景技术
近来，对储能技术的兴趣日益增加。随着其应用领域扩展到移动电话、便携式摄像机、笔记本PC、甚至电动车辆的能源，对电化学装置的研究和开发的努力正在越来越具体地进行。
电化学装置在这方面是最值得注意的领域，其中，能够充电/放电的二次电池的开发是关注的焦点。最近，在这些二次电池的开发中，为了提高容量密度和比能量，正在积极地进行关于新电极和电池设计的研究和开发。
在目前投入实际使用的二次电池中，锂二次电池由于其高工作电压和比常规电池显著更高的能量密度而受到关注。
同时，随着二次电池使用范围的扩大或发展，在低电阻、高容量以及机械性能和生产率的改进方面，不断需要改进电极。
二次电池用电极通常通过将电极活性材料层层叠在集流体上来制造，所述电极活性材料层通过将活性材料和必要时使用的导电材料与粘合剂粘合在一起而形成。具体地，通常使用将包含电极活性材料、粘合剂、导电材料等的浆料涂覆到集流体上并通过加热等除去溶剂的方法。然而，上述方法的缺点是必须从电极浆料中除去溶剂，因此降低了经济可行性和生产率。
因此，为了改善该缺点，已经提出了一种不使用电极浆料的制造电极的方法。也就是说，正在积极开发一种制造电极膜的技术，其在没有液体介质(例如溶剂或分散介质)的情况下混合活性材料、粘合剂和导电材料，然后使粉末混合物通过辊压辊。通常，在这些方法中使用被称为“可原纤化粘合剂”或“原纤形成性粘合剂”的粘合剂。该粘合剂使得可以通过在原纤化的同时粘合活性材料和导电材料来生产自立式电极膜。以此方式制备的电极膜用于以将其堆叠在集流体上的方式制造电极。
与施加电极浆料的方法相比，上述常规方法提供了各种优点。然而，当通过上述方法制造电极时，用作自立式膜的电极膜的强度没有得到充分保持，这成为降低集流体的层叠工艺的生产率的原因。特别地，鉴于为了开发出高容量和高效率的电池而减少粘合剂用量的开发方向，上述问题是二次电池开发的主要障碍。
[现有技术文献]
韩国特开专利公开号10-2006-0025230
发明内容
[技术问题]
本发明的目的是提供一种二次电池用电极和包括该电极的二次电池，所述电极包括强度优异的干燥自立式电极膜，其被设计以解决现有技术的上述问题。
[技术方案]
为了实现上述目的，本发明提供一种二次电池用电极，其包括：干电极膜，所述干电极膜包含活性材料、导电材料和原纤化粘合剂；和集流体，所述电极膜层叠在所述集流体上，其中所述导电材料包含碳纤维。
此外，本发明提供一种包含该电极的二次电池。
[有利效果]
本发明的二次电池用电极包括强度优异的干燥自立式电极膜，因此大大降低了在电极制造过程中由于电极膜缺乏强度而导致的缺陷率，从而提供了显著提高电极制造中的生产率的效果。
此外，由于如上所述的缺陷率的降低，改善了电池的充电/放电特性和寿命特性，因此本发明提供了极大地改善电池品质的效果。
附图说明
图1是包含在本发明的电极中的碳纤维的图像。
图2是包含在本发明的电极中的原纤化粘合剂的形式的图像。
图3是本发明电极表面的图像。
具体实施方式
在下文中，将更详细地描述本发明以帮助理解本发明。
在本说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应该被解释为限于普通或字典术语，而应该基于发明人可以适当地定义术语的概念以尽可能地以最佳方式描述其发明的原则，将这些术语和词语解释为与本发明的技术思想一致的意义和概念。
这里使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而不旨在限制本发明。单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数个指代物，除非上下文另有明确说明。
应当理解，本说明书中使用的术语“包括”或“具有”等旨在表示存在所实施的特征、数字、步骤、组件、部分或其组合，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、数字、步骤、组件或其组合的可能性。
本发明的二次电池用电极包括：干电极膜，所述干电极膜包含活性材料、导电材料和原纤化粘合剂；以及集流体，所述电极膜层叠在所述集流体上，其中所述导电材料包括碳纤维。
在本领域中已经提出了各种类型的干电极膜，但是当电极膜的强度不能保持时，例如，由于其难以通过辊对辊工艺应用于二次电池，强度是电极膜中非常重要的因素。
本发明的特征在于，通过将碳纤维作为导电材料掺入电极膜中来提高电极膜的强度。
在本发明的一个实施方式中，优选地，碳纤维的平均直径等于活性材料颗粒的平均粒径或大于活性材料颗粒的平均粒径。如果碳纤维的平均直径小于活性材料颗粒的平均粒径，则难以预期凭借碳纤维来改善强度。这是因为，在干电极膜中，如果碳纤维的直径小于活性材料的粒径，则碳纤维不能牢固地固定在活性材料颗粒之间。相反，如果碳纤维的直径大于活性材料的粒径，则碳纤维被牢固地固定在干电极膜中，从而大大提高干电极膜的强度。
在本发明的一个实施方式中，碳纤维的平均直径可以是活性材料颗粒的平均粒径的1至10倍，优选1.1至5倍，更优选1.2至2倍。如果碳纤维的平均直径小于活性材料颗粒的平均粒径的1倍，则改善电极膜强度的效果不显著。如果碳纤维的平均直径超过活性材料颗粒的平均粒径的10倍，则由于碳纤维的体积占据电极的大部分区域，所以能量密度非常低，并且电极的均匀性也非常差，因此这是不希望的。
在本发明的一个实施方式中，碳纤维的平均直径可以为0.05μm至100μm，并且活性材料颗粒的平均粒径可以为0.01μm至20μm。
在本发明的一个实施方式中，基于电极膜的总重量，碳纤维的含量可以为0.1至5重量％。如果碳纤维的含量小于0.1重量％，则难以预期改善强度的效果。如果碳纤维超过5重量％，则由于电极的能量密度降低，对于制造高容量电池是不优选的。
在本发明的一个实施方式中，碳纤维的长度可以为5μm至1500μm，优选100μm至1000μm，并且更优选200μm至800μm。
以下针对各构件对本发明进行说明。
<活性材料>
作为活性材料，可以使用通常用于正极和负极的所有组分。具体地，例如，如果活性材料是正极活性材料，则其可以是选自由以下组成的组的任一种活性材料的颗粒：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCoPO4、LiFePO4和LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2(其中M1和M2各自独立地为选自Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo中的任一种，并且x，y和z彼此独立地为该氧化物组合物的元素的原子分数，并且0≤x<0.5，0≤y<0.5，0≤z<0.5，0<x+y+z≤1)，或其两种以上的混合物。
此外，如果电极活性材料是负极活性材料，则其可以是选自由以下组成的组的任一种活性材料：碳质材料，例如天然石墨或人造石墨(中间相碳微珠(MCMB)、热解碳、液晶沥青基碳纤维(中间相沥青基碳纤维)、液晶沥青(中间相沥青)、石油或煤焦油沥青衍生的焦炭等)；含锂钛复合氧化物(LTO)；金属(Me)，其为Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni或Fe；由上述金属(Me)组成的合金；上述金属(Me)的氧化物(MeOx)，例如：SiO)；以及上述金属(Me)和碳的复合物；或其两种以上的混合物。
基于电极膜的总重量，活性材料的含量可以为例如85至98重量％。
<导电材料>
在本发明的一个实施方式中，还可以包括除碳纤维之外的导电材料作为导电材料。导电材料没有特别限制，只要其具有导电性而不引起二次电池中的化学变化即可。例如，其可以是选自由以下组成的组的至少一种：炭黑，例如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、热裂法炭黑等；金属粉末，例如铝和镍粉；导电晶须，例如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，例如氧化钛；聚亚苯基衍生物。
基于电极膜的总重量，导电材料的含量可以为例如1至10重量％，具体地2至5重量％。
基于电极膜的总重量，除所述碳纤维之外的导电材料的含量可以为1至5重量％。
<粘合剂>
在本发明的一个实施方式中，原纤化粘合剂可以包含聚偏二氟乙烯-六氟丙烯和聚四氟乙烯中的任何一种或多种，并且优选可以是聚四氟乙烯。
此外，本发明的二次电池用电极还可以包含不同于上述粘合剂的粘合剂。其他粘合剂是有助于活性材料和导电材料之间的结合或有助于与集流体的粘合的组分，并且可以没有限制地使用，只要它是可用于电极的材料即可。具体地，粘合剂可以是非丙烯酸类聚合物或丙烯酸类聚合物。
丙烯酸类聚合物没有限制，只要它是粘合剂聚合物的至少一个重复单元衍生自丙烯酸类单体的聚合物即可。丙烯酸类单体可以是丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸异烷基酯，并且在这种情况下，“烷基”可以是具有1至10个碳原子的烷基基团，更具体地，具有1至5个碳原子的烷基基团。
丙烯酸类单体的具体实例可以包括(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯和(甲基)丙烯酸戊酯。
丙烯酸类聚合物可以是由一种衍生自丙烯酸类单体的重复单元组成的均聚物、包含衍生自两种以上丙烯酸类单体的重复单元的共聚物、或其两种以上的混合物。
此外，丙烯酸类聚合物可以是至少一种非丙烯酸类单体和丙烯酸酯单体的共聚物，例如选自由丙烯酸酯-苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸酯-丙烯腈-苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸甲酯-丙烯腈-苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸乙酯-苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸乙酯-丙烯腈-苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸丙酯-苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸丙酯-丙烯腈-苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸丁酯-苯乙烯-丁二烯橡胶和丙烯酸丁酯-丙烯腈-苯乙烯-丁二烯橡胶组成的组的至少一种。在非丙烯酸类单体和丙烯酸酯单体的共聚物的情况下，衍生自丙烯酸酯单体的重复单元的重量％可为5至45重量％，具体地5至35重量％。
此外，丙烯酸类聚合物可以是两种以上均聚丙烯酸类聚合物的混合物、两种以上丙烯酸类共聚物的混合物、或两种以上的非丙烯酸类单体和丙烯酸酯单体的共聚物的混合物，并且还可以是两种以上均聚丙烯酸类聚合物、丙烯酸类共聚物以及非丙烯酸类单体和丙烯酸酯单体的共聚物的混合物。
非丙烯酸类聚合物是指包含至少一种衍生自非丙烯酸类单体的重复单元的聚合物，并且具体地，可以是由一种重复单元组成的均聚物、包含两种以上不同类型的重复单元的共聚物、两种以上不同类型的均聚物的混合物、或其两种以上的混合物。
非丙烯酸类聚合物的具体实例可以是以下中的一种：丁苯橡胶(SBR)，聚苯乙烯和聚丁二烯的混合物，聚偏二氟乙烯(PVDF)，聚偏二氟乙烯-co-六氟丙烯，聚偏二氟乙烯-co-三氯乙烯，聚四氟乙烯(PTFE)，聚乙烯吡咯烷酮，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，氰乙基普鲁兰，氰乙基聚乙烯醇，氰乙基纤维素，氰乙基蔗糖，普鲁兰，和羧甲基纤维素(CMC)，或其两种以上的混合物。其中，可以优选使用聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚环氧乙烷(PEO)等。
在本发明的一个实施方式中，基于电极膜的总重量，包含原纤化的粘合剂的总粘合剂含量可为0.01至5重量％，具体地1至4重量％。当粘合剂的含量满足该范围时，可以提高电极活性材料层和集流体之间的粘合强度，通过提高粘合强度，可以降低电极的电阻或者甚至在电池劣化之后也可以防止电极的脱离，并且可以抑制粘合剂向电极表面的迁移，因此可以提高电极中的离子电导率或电子电导率。
<集流体>
作为集流体，可以没有限制地使用二次电池中使用的已知集流体。例如，可以使用：不锈钢、铝、镍、钛、碳、铜；用碳、镍、钛或银表面处理过的不锈钢；铝-镉合金；用导电材料表面处理过的非导电聚合物；用金属表面处理过的非导电聚合物；导电聚合物等。
<电极的制造>
在下文中，将通过实例描述制造本发明的二次电池用电极的方法。
制造本发明实施方式的电极的方法可以包括以下步骤：通过干混活性材料、导电材料和粘合剂来制备混合物(一次混合)；对所述混合物施加高剪切力(二次混合)；通过压制第二混合物来制备自立式膜；以及将所述自立式电极膜放置在集流体上并对其其进行辊压。
所述高剪切力可以是50N至1000N。这里，由于活性材料、导电材料和粘合剂与上述相同，因此将省略其描述。
可以通过干混活性材料、导电材料和粘合剂来制备混合物。干混是指在没有溶剂的情况下混合。干混可以通过使用搅拌装置在室温或更低的温度下以600rpm至20000rpm、具体地1000rpm至12000rpm混合0.5至10分钟来进行。
施加高剪切力的步骤可以在将混合物置于集流体上之前进行。施加高剪切力的步骤可以包括通过对混合物进行剪切压缩来施加高剪切力。具体地，当使用施加剪切力的装置(例如PBV-0.1L(Irie Shokai公司))时，可以通过以10rpm至100rpm对混合物进行1分钟至10分钟的剪切和压缩来施加高剪切力。然而，不必限于这种方法。
当向混合物施加高剪切力时，混合物中的活性材料、粘合剂和导电材料可彼此缠结，因此导电材料、活性材料和粘合剂可形成聚集的颗粒(团粒)。因此，由于存在上述颗粒，活性材料和粘合剂由碳纤维导电材料支撑，从而可以增加粘合强度。因此，可以促进将混合物设置在集流体上的过程。
高剪切力可以是50N至1000N，具体地100N至500N，更具体地100N至300N。在本发明中，可以施加上述范围内的高剪切力以诱导碳纤维等的缠结。
在制备自立式膜的步骤中，可以使用双辊磨机MR-3(Inoue公司)等进行加压。
对其上设置有自立式膜的集流体进行辊压的步骤可以通过辊压法进行。
<二次电池的制造>
此外，本发明涉及一种二次电池，其包括正极、负极和置于正极和负极之间的隔膜，其中正极和负极中的至少一个是上述电极。当本发明的电极仅用作正极和负极中的任一个时，另一个电极可以是本领域已知的任一种电极而没有限制。
以下以二次电池为例进行说明。具体地，将描述锂二次电池作为实例。
作为隔膜，可以单独使用或可以层叠使用常用作锂二次电池中隔膜的多孔聚合物膜，例如由聚烯烃类聚合物(例如乙烯均聚物、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)制成的多孔聚合物膜。此外，可以使用具有高离子渗透性和机械强度的绝缘薄膜。隔膜可包括具有有机/无机复合多孔涂层的安全增强型隔膜(SRS)，所述涂层通过经由粘合剂聚合物将无机颗粒连接并固定到隔膜基材(例如多孔聚合物膜)的表面而薄薄地涂覆。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等制成的无纺布，并且甚至在多孔无纺布上涂覆上述有机/无机复合物多孔涂层的形式也是可行的，但不限于此。
本发明的锂二次电池可以通过将正极和负极的组件容纳在电池壳中并注入电解质来制造。
电解质可以包含锂盐和用于溶解锂盐的有机溶剂。锂盐可以没有限制地使用，只要其通常用于二次电池的电解质中即可，例如，锂盐的阴离子可以是选自F-、Cl-、I-、NO3 -、N(CN)2 -、BF4 -、ClO4 -、PF6 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、(CF3)6P-、CF3SO3 -、CF3CF2SO3 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO2)3C-、CF3(CF2)7SO3 -、CF3CO2 -、CH3CO2 -、SCN-和(CF3CF2SO2)2N-中的至少一种。
包含在电解质中的有机溶剂可以没有限制地使用，只要其用于本领域中即可，并且代表性地可以是选自由碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙甲酯、碳酸甲丙酯、碳酸二丙酯、二甲亚砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、碳酸亚乙烯酯、环丁砜、γ-丁内酯、亚硫酸亚丙酯和四氢呋喃组成的组中的至少一种。
特别地，在碳酸酯类有机溶剂中，碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯(它们是环状碳酸酯)是高粘性有机溶剂并且具有高介电常数，因此它们可以良好地解离电解质中的锂盐，并且因此可以优选使用。如果将具有低粘度和低介电常数的直链碳酸酯(例如碳酸二甲酯和碳酸二乙酯)与环状碳酸酯以合适的比例混合，则可以制备具有高电导率的电解质，因此可以更优选使用。
任选地，根据本发明储存的电解质可以进一步包含添加剂，例如包含在常规电解质溶液中的过充电抑制剂。
已知的固体电解质可用作电解质。
本发明实施方式的二次电池可以是堆叠型、卷绕型、堆叠-折叠型或电缆型。此外，二次电池不仅可用于用作小型装置电源的电池单元中，而且可用作包括多个电池单元的中大型电池模块中的单元电芯。中大型装置的优选实例可以包括电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆和电力存储系统，并且特别地，二次电池可以有效地用于混合动力电动车辆和存储新的可再生能源的电池中，这些是需要高输出的领域。
关于本发明的二次电池的构造和制造方法，对于上文未描述的部分，可以无限制地应用本领域中已知的构造和制造方法。
下文中，为了具体描述本发明，将参考实施例详细描述本发明。然而，本发明的实施方式可以以各种其他形式修改，并且本发明的范围不应当被解释为限于下面描述的实施方式。提供本发明的实施例是为了向本领域普通技术人员更完整地解释本发明。
实施例1：正极的制造
将平均粒径为10μm的作为正极活性材料颗粒的96g NCM粉末(产品名：GL80,LG化学公司)、作为导电材料的2g Li250(Denka公司)和1g直径为12μm且长度为200μm的碳纤维、以及作为粘合剂的2g PTFE在没有溶剂的情况下使用作为混合器的Lab Blender(Waring公司)以5000rpm混合1分钟(一次混合)。接着，向混合物施加250N的剪切力(PBV-0.1L，IrieShokai公司)以进行高剪切混合(二次混合)。接着，使用双辊磨机MR-3(Inoue公司)将面团形式的第二混合物制备为自立式膜。此后，将自立式膜置于厚度为15μm的铝集流体的一侧上，并加压以制备正极。
实施例2：正极的制造
以与实施例1中相同的方式制造正极，不同之处在于，在实施例1中，使用平均粒径为10μm的作为正极活性材料颗粒的NCM粉末(产品名：GL80,LG化学公司)和直径为15μm且长度为500μm的碳纤维。
实施例3：正极的制造
以与实施例1中相同的方式制造正极，不同之处在于，在实施例1中，使用平均粒径为10μm的作为正极活性材料颗粒的NCM粉末(产品名：GL80,LG化学公司)和直径为20μm且长度为800μm的碳纤维。
实施例4：负极的制造
以与实施例1中相同的方式制造负极，不同之处在于，在实施例1中，使用平均粒径为7μm的作为负极活性材料的人造石墨粉代替正极活性材料。
比较例1：正极的制造
以与实施例1中相同的方式制造正极，不同之处在于，在实施例1中，使用平均粒径为10μm的作为正极活性材料颗粒的NCM粉末(产品名：GL80,LG化学公司)和直径为5μm且长度为150μm的碳纤维。
比较例2：正极的制造
以与实施例1中相同的方式制造正极，不同之处在于，在实施例1中，使用平均粒径为10μm的作为正极活性材料颗粒的NCM粉末(产品名：GL80,LG化学公司)和直径为8μm且长度为100μm的碳纤维。
比较例3：正极的制造
以与实施例1中相同的方式制造正极，不同之处在于，在实施例1中，使用平均粒径为5μm的作为正极活性材料颗粒的NCM粉末(产品名：GL80,LG化学公司)和直径为56μm且长度为100μm的碳纤维。
实验例1：自立式电极的强度测定
实施例1至4中制备的自立式膜和比较例1至3中制备的自立式膜的强度通过以下方式测量：取宽度为20mm、长度为200mm且厚度为200μm的电极样品，并使用来自Instron公司的UTM设备通过180度剥离测量法在500mm/min的条件下测量强度。
在测量时，将膜上未出现裂纹之前所施加的力的最大值评价为自立式膜的强度，并且测量结果示于下表1中。
表1：
强度(kgf/cm2)
实施例1自立式电极 34
实施例2自立式电极 38
实施例3自立式电极 45
实施例4自立式电极 31
比较例1自立式电极 20
比较例2自立式电极 18
比较例3自立式电极 44
实施例5和比较例3：锂二次电池的制造
分别使用实施例1、比较例1和比较例3中制备的正极来制备实施例5、比较例4和比较例5的电池。具体的制造方法如下。
(1)负极的制造
将作为负极活性材料的天然石墨、作为导电材料的炭黑和PVdF粘合剂以85：10：5的重量比混合在N-甲基吡咯烷酮溶剂中以制备用于形成负极的组合物，并将该组合物涂覆到铜集流体上以制备负极。
(2)锂二次电池的制造
在实施例1、比较例1和比较例3中制备的各正极和上述(1)中制备的负极之间设置多孔聚乙烯隔膜以制造电极组件，将电极组件置于壳体内，然后将电解液注入壳体中以制造锂二次电池。此时，电解液通过将六氟磷酸锂(LiPF6)以1.0M的浓度溶解在由碳酸亚乙酯/碳酸二甲酯/碳酸乙甲酯(EC/DMC/EMC的混合体积比＝3/4/3)组成的有机溶剂中来制备。由此，制造了实施例5、比较例4和比较例5的锂二次电池。
实验例2：锂二次电池的初始放电效率和容量保持率的评价
对实施例5、比较例4和比较例5的二次电池进行充电和放电以评价初始放电效率和容量保持率，结果示于下表2中。循环1和2在0.1C下充电和放电，并且从循环3到循环49，在0.33C下进行充电和放电。循环50以充电状态结束(锂在负极中)。
充电条件：CC(恒定电流)/CV(恒定电压)(4.25V/0.05C电流截止)
放电条件：CC(恒定电流)条件3.0V
通过以下计算分别得到初始放电效率和容量保持率。
初始放电效率(％)＝(第1个循环的放电容量/第1个循环的充电容量)×100
容量保持率(％)＝(第49个循环的放电容量/第1个循环的放电容量)×100
表2：
初始放电效率 容量保持率(％)
实施例5锂二次电池 99.7 92
比较例4锂二次电池 99.4 90
比较例5锂二次电池 99.4 76

Claims (10)

1.一种二次电池用电极，其包括：
包含活性材料、导电材料和原纤化粘合剂的干电极膜；和
集流体，所述电极膜堆叠在所述集流体上，
其中，所述导电材料包含碳纤维。
2.如权利要求1所述的二次电池用电极，其中，所述碳纤维的平均直径等于活性材料颗粒的平均粒径或大于活性材料颗粒的平均粒径。
3.如权利要求2所述的二次电池用电极，其中，所述碳纤维的平均直径是所述活性材料颗粒的平均粒径的1至10倍。
4.如权利要求3所述的二次电池用电极，其中，所述碳纤维的平均直径为0.05μm至100μm，并且所述活性材料颗粒的平均粒径为0.01μm至20μm。
5.如权利要求2所述的二次电池用电极，其中，基于所述电极膜的总重量，所述碳纤维的含量为0.1重量％至5重量％。
6.如权利要求5所述的二次电池用电极，其中，所述导电材料还包含基于所述电极膜的总重量为1重量％至5重量％的量的除所述碳纤维之外的导电材料。
7.如权利要求2所述的二次电池用电极，其中，所述碳纤维的长度为5μm至1500μm。
8.如权利要求1所述的二次电池用电极，其中，所述原纤化粘合剂包含聚偏二氟乙烯-六氟丙烯和聚四氟乙烯中的至少一种。
9.包含权利要求1所述的电极的二次电池。
10.如权利要求9所述的二次电池，其中所述二次电池是锂二次电池。
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DE102012203019A1 (de) * 2012-02-28 2013-08-29 Technische Universität Dresden Kathode für Lithium-haltige Batterien und lösungsmittelfreies Verfahren zu deren Herstellung
KR101516225B1 (ko) * 2013-05-03 2015-05-04 주식회사 제낙스 부직포 집전체, 이를 이용한 전지의 제조 방법 및 이의 제조 시스템
CN110546787B (zh) * 2017-04-28 2022-08-19 株式会社Lg新能源 正极、包括正极的二次电池和用于制造正极的方法
US11545666B2 (en) * 2018-03-30 2023-01-03 Tesla, Inc. Compositions and methods for dry electrode films including microparticulate non-fibrillizable binders
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