DE102021133334A1

DE102021133334A1 - Elektrode für eine sekundärbatterie und herstellungsverfahren einer solchen

Info

Publication number: DE102021133334A1
Application number: DE102021133334.2A
Authority: DE
Inventors: Jong Hyuk Lee; Mi Ryeong Lee; Hee Gyoung Kang
Original assignee: SK Innovation Co Ltd
Current assignee: SK On Co Ltd
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2022-06-15
Also published as: KR20220085314A; US11978883B2; US20220190307A1

Abstract

Ein Herstellungsverfahren einer Elektrode für eine Sekundärbatterie umfasst: (a) Auftragen einer Elektrodenaufschlämmung, die ein elektrodenaktives Material und ein Bindemittel enthält, auf einen Stromkollektor; (b) Trocknen des Stromkollektors, auf den die Elektrodenaufschlämmung aufgetragen ist, um eine elektrodenaktive Materialschicht zu bilden; und (c) Oberflächenbehandlung der auf dem Stromkollektor ausgebildeten elektrodenaktiven Materialschicht, um eine Bindemittelschicht auf einer Oberfläche der elektrodenaktiven Materialschicht zu entfernen.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die folgende Offenbarung betrifft eine Elektrode für eine Sekundärbatterie und ein Herstellungsverfahren einer solchen.
HINTERGRUND
In letzter Zeit wurde in Übereinstimmung mit einem Anstieg der Nachfrage nach elektronischen Geräten, wie z.B. mobilen Geräten, die Entwicklung von Technologien zur Gewichtsreduzierung und Miniaturisierung von elektrochemischen Batterien (Sekundärbatterien) zur Erhöhung der Portabilität der elektronischen Geräte ausgeweitet. Zusätzlich zu einem solchen Trend wurde im Einklang mit einem globalen Trend zur Verschärfung der Vorschriften für Kraftstoffeffizienz und Abgase von Automobilen das Wachstum des Marktes für Elektrofahrzeuge (EV) beschleunigt, so dass die Entwicklung von Batterien mit hoher Ausgangsleistung und großer Kapazität zur Verwendung in solchen Elektrofahrzeugen gefordert wurde.
Im Allgemeinen wird eine Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie hergestellt, indem eine Elektrodenaufschlämmung, die durch Mischen und Dispergieren eines elektrodenaktiven Materials, eines leitfähigen Mittels und eines Bindemittels in einem Lösungsmittel hergestellt wird, auf einem Stromkollektor aufgetragen und getrocknet wird. Es wird jedoch in einem Verfahren des Trocknens der Elektrodenaufschlämmung das Bindemittel in der Aufschlämmung einer Oberfläche der Elektrode ausgesetzt, um eine Bindemittelschicht auf der Oberfläche der Elektrode zu bilden, so dass ein Problem, dass ein Widerstand der Elektrode erhöht wird, auftritt. Das heißt, das Bindemittel, das eine Bindungsrolle in der Elektrode spielen sollte, wird auf der Oberfläche der Elektrode freigelegt, so dass ein Problem auftritt, dass der Widerstand der Elektrode erhöht wird. Ein derartiges Problem kann die Schnellladeleistung der Sekundärbatterie verschlechtern und die Bildung von Lithiumdendrit verursachen, was schließlich die Lebensdauereigenschaften der Sekundärbatterie verschlechtert.
Daher sind in einem Verfahren zur Herstellung der Elektrode Forschung und Entwicklung für eine Technologie zum Sicherstellen einer ausgezeichneten Haftung einer elektrodenaktiven Materialschicht an einem Stromkollektor und zum Unterdrücken einer Widerstandserhöhung erforderlich gewesen, indem zugelassen wird, dass das Bindemittel gleichmäßig innerhalb der Elektrode verteilt wird, und zugelassen wird, dass das Bindemittel nicht an der Oberfläche der Elektrode haftet.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist darauf gerichtet, ein Problem zu lösen, das durch ein Bindemittel verursacht wird, das an einer Oberfläche einer elektrodenaktiven Materialschicht haftet, d.h. eine Verschlechterung der Leistungs- und Lebensdauereigenschaften unter Schnellladebedingungen aufgrund einer Widerstandserhöhung, in einem Verfahren zum Ausbilden der elektrodenaktiven Materialschicht durch Beschichten und Trocknen einer Elektrodenaufschlämmung auf einem Stromkollektor.
In einem allgemeinen Aspekt umfasst ein Herstellungsverfahren einer Elektrode für eine Sekundärbatterie: (a) Auftragen einer Elektrodenaufschlämmung, die ein elektrodenaktives Material und ein Bindemittel enthält, auf einen Stromkollektor; (b) Trocknen des Stromkollektors, auf den die Elektrodenaufschlämmung aufgetragen ist, um eine elektrodenaktive Materialschicht zu bilden; und (c) Oberflächenbehandlung der auf dem Stromkollektor ausgebildeten elektrodenaktiven Materialschicht, um eine Bindemittelschicht auf einer Oberfläche der Schicht aus elektrodenaktivem Materialschicht zu entfernen.
Die Oberflächenbehandlung kann eine trockene Oberflächenbehandlung sein.
Die Oberflächenbehandlung kann durch Ultraviolett (UV)-Ozon-Behandlung durchgeführt werden.
Die UV-Ozon-Behandlung kann für 5 Minuten bis 60 Minuten durchgeführt werden.
Eine Dicke der Bindemittelschicht kann 1 bis 50 nm betragen.
Ein Gehalt des Bindemittels in der elektrodenaktiven Materialschicht nach der Oberflächenbehandlung des Schritts (c) kann 97 Gew.-% oder mehr eines Gehalts des Bindemittels vor der Oberflächenbehandlung betragen.
Eine Adhäsion der elektrodenaktiven Materialschicht an dem Stromkollektor kann 0,2 N/cm oder mehr betragen.
In einem weiteren allgemeinen Aspekt umfasst eine Elektrode für eine Sekundärbatterie: einen Stromkollektor; und eine elektrodenaktive Materialschicht, die auf mindestens einer Oberfläche des Stromkollektors positioniert ist und ein elektrodenaktives Material und ein Bindemittel enthält, wobei ein Gehalt des Bindemittels in einem Oberflächenabschnitt der elektrodenaktiven Materialschicht 0 bis 1 Gew.-% beträgt, basierend auf einen Gesamtgehalt des Bindemittels in der elektrodenaktiven Materialschicht.
Ein Gesamtgehalt des Bindemittels in der elektrodenaktiven Materialschicht in Bezug auf ein Gesamtgewicht der elektrodenaktiven Materialschicht kann 1 bis 10 Gew.-% betragen.
In noch einem weiteren Aspekt umfasst eine Sekundärbatterie: die Elektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; ein Trennzeichen; und ein Elektrolyt.
Figurenliste

Die 1A bis 1C sind Ansichten, die Elektrodenstrukturen für eine Sekundärbatterie vor und nach einer Oberflächenbehandlung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, wobei 1A eine Ansicht ist, die eine Elektrodenstruktur vor der Oberflächenbehandlung darstellt; 1B eine Ansicht ist, die einen Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und 1C eine Ansicht ist, die eine Elektrodenstruktur nach der Oberflächenbehandlung darstellt.
Die 2A und 2B sind Ansichten, die Bilder von Oberflächen von negativen Elektroden, die gemäß Beispielen und einem Vergleichsbeispiel hergestellt wurden, veranschaulichen, aufgenommen durch ein Rasterelektronenmikroskop, wobei 2A ein Bild der negativen Elektrode gemäß einem Beispiel ist, und 2B ein Bild der negativen Elektrode gemäß einem Vergleichsbeispiel ist.
Die 3A und 3B sind Ansichten, die Bilder von Querschnitten der gemäß Beispielen und einem Vergleichsbeispiel hergestellten negativen Elektroden veranschaulichen, aufgenommen durch ein Rasterelektronenmikroskop, wobei 3A ein Bild der negativen Elektrode gemäß einem Beispiel ist, und 3B ein Bild der negativen Elektrode gemäß dem Vergleichsbeispiel ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung und Verfahren zu deren Ausführung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf nachstehend zu beschreibende Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in verschiedenen unterschiedlichen Formen implementiert werden. Diese Ausführungsformen werden nur bereitgestellt, um die vorliegende Erfindung vollständig zu machen und es einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Erfindung gehört, zu ermöglichen, den Umfang der vorliegenden Erfindung vollständig zu erkennen, und die vorliegende Erfindung wird durch den Umfang der Ansprüche definiert. Nachfolgend werden detaillierte Inhalte zum Ausführen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. In allen Zeichnungen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Komponenten, und „und/oder“ umfassen alle eine oder mehrere Kombinationen der erwähnten Elemente.
Sofern nicht anders definiert, haben alle Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe), die in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, die gleiche Bedeutung wie die Bedeutungen, die allgemein von Fachleuten auf dem Gebiet, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, verstanden werden. In der gesamten vorliegenden Beschreibung wird, sofern nicht anders beschrieben, „einschließlich“ einer beliebigen Komponente so verstanden, dass sie eher die Einbeziehung anderer Elemente als den Ausschluss anderer Elemente impliziert. Außerdem schließt eine Singularform eine Pluralform ein, es sei denn, dies wird im Text speziell beschrieben.
Wenn in der vorliegenden Beschreibung ein Element wie etwa eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder eine Platte als „auf“ einem anderen Element befindlich bezeichnet wird, kann es sich direkt auf einem anderen Element befinden oder kann sich auf einem anderen Element, das andere dazwischen angeordnete Element, befinden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Herstellungsverfahren einer Elektrode für eine Sekundärbatterie bereit, umfassend: (a) Auftragen einer Elektrodenaufschlämmung, die ein elektrodenaktives Material und ein Bindemittel enthält, auf einen Stromkollektor; (b) Trocknen des Stromkollektors, auf den die Elektrodenaufschlämmung aufgetragen ist, um eine Schicht aus aktivem Elektrodenmaterial zu bilden; und (c) Oberflächenbehandlung der auf dem Stromkollektor ausgebildeten elektrodenaktiven Materialschicht, um eine Bindemittelschicht auf einer Oberfläche der Schicht aus aktivem Elektrodenmaterial zu entfernen.
(a1) Zunächst wird die Elektrodenaufschlämmung hergestellt, die das aktive Elektrodenmaterial, das Bindemittel und ein Lösungsmittel enthält. In diesem Fall kann ein Gehalt eines Feststoffs (des elektrodenaktiven Materials und des Bindemittels) in der Elektrodenaufschlämmung ausschließlich des Lösungsmittels 50 Gew.-% oder mehr betragen, insbesondere 50 bis 65 Gew.-%, bezogen auf die Elektrodenaufschlämmung.
Insbesondere kann ein Gewichtsverhältnis (Gehaltsverhältnis) des elektrodenaktiven Materials: des Bindemittels in dem Feststoff 1: 0,01 bis 0,1, insbesondere 1: 0,01 bis 0,08 und insbesondere 1: 0,02 bis 0,05 betragen.
Das elektrodenaktive Material ist nicht besonders beschränkt, solange es ein elektrodenaktives Material, das üblicherweise für die Sekundärbatterie verwendet wird, ist. Ein Negativelektroden-Aktivmaterial kann zum Beispiel ein kohlenstoffbasiertes Negativelektroden-Aktivmaterial, ein Silizium-basiertes Negativelektroden-Aktivmaterial oder eine Mischung davon sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Das kohlenstoffbasierte Aktivmaterial für die negative Elektrode kann eines oder mehrere sein, die aus künstlichem Graphit, natürlichem Graphit und hartem Kohlenstoff ausgewählt sind. Das aktive Material für die negative Elektrode auf Siliziumbasis kann Si, SiO_x (0 < x < 2), eine Si-Q-Legierung sein (hier ist Q ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, Elementen der Gruppe XIII, Elemente der Gruppe XIV, Elemente der Gruppe XV, Elemente der Gruppe XVI, Übergangsmetalle, Seltenerdelemente und Kombinationen davon und ist nicht Si), ein Si-Kohlenstoff-Verbundstoff oder eine Mischung aus mindestens einem davon und SiO₂. Ein aktives Material für eine positive Elektrode kann ein Verbundoxid eines Metalls sein, das aus Kobalt, Mangan, Nickel und Kombinationen davon und Lithium ausgewählt ist, ist aber nicht darauf beschränkt.
Das Bindemittel ist nicht besonders beschränkt, solange es ein herkömmliches Bindemittel ist, das in der Lage ist, dazu zu dienen, das elektrodenaktive Material gut an den Stromkollektor zu binden, während es die elektrodenaktiven Materialteilchen gut aneinanderbindet. Beispielsweise kann das Bindemittel ein wasserlösliches Bindemittel sein, insbesondere Styrol-Butadien-Kautschuk, acrylierter Styrol-Butadien-Kautschuk, Polyvinylalkohol, Natriumpolyacrylat, ein Copolymer von Propylen und Olefin mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, ein Copolymer von (Meth)acrylsäure und (Meth)acrylsäurealkylester oder Kombinationen davon.
In einem Fall, in dem das wasserlösliche Bindemittel verwendet wird, kann das wasserlösliche Bindemittel das elektrodenaktive Material gut an den Stromkollektor binden, ohne die Viskosität einer Aufschlämmung zu beeinflussen aber, da die Aufschlämmung aufgrund des elektrodenaktiven Materials und eines leitfähigen Mittels, die feine Teilchen sind, leicht gelieren kann, kann ferner ein Verdickungsmittel eingeschlossen werden, um die Aufschlämmung stabil zu machen, indem der Aufschlämmung eine Viskosität verliehen wird. Beispielsweise kann das Verdickungsmittel eine Mischung aus einer oder mehreren Verbindungen auf Zellulosebasis sein, insbesondere Carboxymethylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose, Methylzellulose oder Alkalimetallsalze davon. Als Alkalimetall können Na, K oder Li verwendet werden.
Das Lösungsmittel ist nicht besonders eingeschränkt, solange es ein Lösungsmittel ist, das üblicherweise für die Elektrodenaufschlämmung verwendet wird. Insbesondere kann ein Lösungsmittel für eine negative Elektrode mindestens eines sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, reinem Wasser, deionisiertem Wasser, destilliertem Wasser, Ethanol, Isopropanol, Methanol, Aceton, n-Propanol und t-Butanol, ist aber nicht darauf beschränkt. Ein Lösungsmittel für eine negative Elektrode kann mindestens eines sein, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Lösungsmittel auf Aminbasis, wie N,N-Dimethylaminopropylamin und Diethyltriamin; einem Lösungsmittel auf Etherbasis wie Ethylenoxid und Tetrahydrofuran; einem Lösungsmittel auf Ketonbasis wie Methylethylketon; einem Lösungsmittel auf Esterbasis, wie Methylacetat; und einem polares aprotisches Lösungsmittel wie Dimethylacetamid und N-Methyl-2-pyrrolidon, ist aber nicht darauf beschränkt.
Die Elektrodenaufschlämmung kann ferner ein leitfähiges Mittel enthalten, um der Elektrode Leitfähigkeit zu verleihen. In diesem Fall ist das leitfähige Mittel nicht besonders beschränkt, solange es ein herkömmliches elektrisch leitfähiges Material ist, das keine chemische Veränderung in der Sekundärbatterie verursacht. Beispielsweise kann das leitfähige Mittel natürlicher Graphit, künstlicher Graphit, Ruß, Acetylenruß, Ketjen-Ruß, Kohlefaser, Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Kombinationen davon sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
(a2) Dann wird die hergestellte Elektrodenaufschlämmung auf den Stromkollektor aufgetragen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Beschichten unter Verwendung eines beliebigen Beschichtungsverfahrens durchgeführt werden, von dem bekannt ist, dass es zum Bilden eines Films verwendet wird, indem im Allgemeinen eine flüssige Phase beschichtet wird. Beispielsweise kann die Beschichtung unter Verwendung von Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung, Schleuderbeschichtung, Gravurbeschichtung, Schlitzdüsenbeschichtung, Rakelbeschichtung, Walzenbeschichtung, Tintenstrahldruck, Flexodruck, Siebdruck, elektrohydrodynamischem Tintenstrahldruck, Mikrokontaktdruck, Prägen, Umkehr-Offsetdruck, Stangenbeschichtung, Tiefdruck-Offsetdruck und dergleichen durchgeführt werden, ist aber nicht darauf beschränkt.
Der Stromkollektor kann einer sein, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupferfolie, Nickelfolie, Edelstahlfolie, Titanfolie, Nickelschaum, Kupferschaum, einem mit einem leitfähigen Metall beschichteten Polymersubstrat und Kombinationen davon besteht, ist es aber nicht darauf beschränkt.
(b) Die elektrodenaktive Materialschicht wird durch Trocknen des Stromkollektors gebildet, auf den die Elektrodenaufschlämmung aufgetragen ist. Das Trocknen kann bei 60 bis 300°C, vorzugsweise bei 80 bis 250°C, für 0,5 bis 2 Stunden durchgeführt werden. In diesem Fall kann der mit der Elektrodenaufschlämmung beschichtete Stromkollektor eine Haftung zwischen dem elektrodenaktiven Material in der Elektrodenaufschlämmung und dem Stromkollektor durch einen Walzverfahren nach einem Trocknungsschritt erhöhen. Insbesondere kann der Walzverfahren durchgeführt werden, indem der mit einer Negativelektrodenaufschlämmung beschichtete Stromkollektor zwischen zwei oder mehr rotierenden Walzen hindurchgeführt wird, ist aber nicht darauf beschränkt.
(c) Die auf dem Stromkollektor gebildete elektrodenaktive Materialschicht wird oberflächenbehandelt. In diesem Fall ist die Oberflächenbehandlung eine Trockenoberflächenbehandlung, dient zum Entfernen des Bindemittels auf der Oberfläche der bereits getrockneten Elektrodenaktivmaterialschicht und kann kontinuierlich auf eine Prozesslinie zum Herstellen der Elektrode aufgebracht und durchgeführt werden.
Im Allgemeinen wird die Bindemittelschicht auf der Oberfläche der elektrodenaktiven Materialschicht, die auf dem Stromkollektor gebildet ist, durch einen Trocknungs- (oder Trocknungs- und Walz-) Verfahren der Elektrodenaufschlämmung gebildet, wie in 1A dargestellt. Das Bindemittel in der elektrodenaktiven Materialschicht dient dazu, das elektrodenaktive Material und das elektrodenaktive Material oder das elektrodenaktive Material und das leitfähige Mittel aneinander zu binden und die elektrodenaktive Materialschicht und den Stromkollektor aneinander zu kleben, und die auf der Oberfläche der elektrodenaktiven Materialschicht gebildete Bindemittelschicht ist im Wesentlichen irrelevant für das oben beschriebene Binden oder Anhaften, sondern wirkt eher als ein Widerstand auf der Oberfläche der elektrodenaktiven Materialschicht. Insbesondere wird ein Widerstand durch den Widerstand unter einer Schnellladebedingung erhöht, so dass die Schnellladeleistung verschlechtert wird, und Lithiumdendriten gebildet werden, so dass die Lebensdauereigenschaften verschlechtert werden.
Unterdessen kann die Bindemittelschicht auf der Oberfläche der elektrodenaktiven Materialschicht durch Erzeugung von freien Radikalen durch Plasmabehandlung entfernt werden. Die Plasmabehandlung kann jedoch ein Problem verursachen, dass das Bindemittel und das aktive Material innerhalb der elektrodenaktiven Materialschicht aufgrund eines Sputtereffekts durch kinetische Energie von Plasmaionen sowie durch freie Radikale beschädigt werden. Das heißt, bei der Oberflächenbehandlung durch ein Plasmabehandlungsverfahren ist es schwierig, das Bindemittel der äußersten Schicht der elektrodenaktiven Materialschicht selektiv zu entfernen, und das in der elektrodenaktiven Materialschicht vorhandene Bindemittel wird entfernt, so dass eine Adhäsion zwischen der elektrodenaktiven Materialschicht und dem Stromkollektor verringert wird und somit die elektrodenaktive Materialschicht von dem Stromkollektor abgelöst werden kann.
Andererseits kann bei der vorliegenden Erfindung, wie in 1B und 1C gezeigt, die Bindemittelschicht auf der Oberfläche der elektrodenaktiven Materialschicht selektiv durch Ultraviolett(UV)-Ozon-Behandlung der Schicht aus elektrodenaktivem Material entfernt werden, so dass eine Abnahme der Adhäsion zwischen der Elektrodenaktivmaterialschicht und der aktuellen Zusammenstellung unterdrückt werden kann. In diesem Fall kann eine Dicke der zu entfernenden Bindemittelschicht 1 bis 50 nm, vorzugsweise 1 bis 20 nm und stärker bevorzugt 3 bis 10 nm betragen. Ein Dickenbereich der auf der Oberfläche der elektrodenaktiven Materialschicht zu entfernenden Bindemittelschicht erfüllt den obigen Bereich, so dass es möglich ist, das als Widerstand dienende Bindemittel auf der Oberfläche der elektrodenaktiven Materialschicht effektiv zu entfernen, während ein Gehalt eines wirksamen Bindemittels, das eine Bindungsrolle innerhalb der elektrodenaktiven Materialschicht spielt, aufrechterhalten wird.
Die UV-Ozon-Behandlung kann durch Bestrahlen der elektrodenaktiven Materialschicht mit ultraviolettem Licht durchgeführt werden. In diesem Fall kann das ultraviolette Licht zwei Wellenlängen nahe 185 nm und 254 nm umfassen, und das auf der Oberfläche der elektrodenaktiven Materialschicht vorhandene Bindemittel kann durch die eingestrahlte ultraviolette Energie und das durch das eingestrahlte ultraviolette Licht erzeugte Ozon oxidiert und entfernt werden. Insbesondere beträgt eine Energieintensität für die eingestrahlte Wellenlänge von 185 nm 154,7 kcal/mol, was nahezu der doppelten Energie von 84,3 kcal/mol entspricht, was eine CC-Bindungsenergie im Bindemittel ist, so dass die meisten der CC-Bindungen im Bindemittel aufgebrochen werden, um das Bindemittel zu CO₂ oder Feuchtigkeit zu oxidieren.
Um den oben beschriebenen Dickenbereich der zu entfernenden Bindemittelschicht auf der Oberfläche der elektrodenaktiven Materialschicht zu erfüllen, kann die UV-Ozonbehandlung für 5 Minuten bis 60 Minuten, vorzugsweise 10 Minuten bis 50 Minuten und stärker bevorzugt 10 Minuten bis 40 Minuten durchgeführt werden.
Nach der Oberflächenbehandlung des Schritts (c) kann die Bindemittelschicht im Wesentlichen entfernt werden, und nicht einschränkend können 60 % oder mehr, vorzugsweise 70 bis 99 % des Gehalts des Bindemittels in der Bindemittelschicht vor der Oberflächenbehandlung entfernt werden. Unterdessen kann ein Gesamtgehalt des Bindemittels in der elektrodenaktiven Materialschicht bei 97 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise 98 Gew.-% oder mehr, des Gehalts des Bindemittels vor der Oberflächenbehandlung gehalten werden, so dass eine Adhäsion der Elektrodenaktivmaterialschicht an dem Stromkollektor 0,2 N/cm oder mehr, insbesondere 0,2 bis 1,5 N/cm betragen kann.
Die vorliegende Offenbarung stellt auch eine Elektrode für eine Sekundärbatterie bereit, umfassend: einen Stromkollektor; und eine elektrodenaktive Materialschicht, die auf mindestens einer Oberfläche des Stromkollektors positioniert ist und ein elektrodenaktives Material und ein Bindemittel enthält, wobei ein Gehalt des Bindemittels in einem Oberflächenabschnitt der elektrodenaktiven Materialschicht 0 bis 1 Gew.-%, basierend auf einen Gesamtgehalt des Bindemittels in der elektrodenaktiven Materialschicht, beträgt. In diesem Fall bezieht sich der Oberflächenabschnitt auf einen Abschnitt, der einer Dicke von 50 nm von einer Oberfläche der Elektrode in Richtung des Stromkollektors entspricht, und einen Gesamtgehalt des Bindemittels in der elektrodenaktiven Materialschicht in Bezug auf ein Gesamtgewicht der elektrodenaktiven Materialschicht kann 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 5 Gew.-% beträgt.
Im Allgemeinen tritt in der Elektrode für eine Sekundärbatterie in einem Trocknungs- (oder Trocknungs- und Walz-) Schritt aufgrund eines Migrationsphänomens, bei dem eine Konzentration des Bindemittels aufgrund der Bewegung des Bindemittels zur Oberfläche der elektrodenaktiven Materialschicht durch einen Fluss eines niedrigviskosen Lösungsmittels zunimmt, ein Problem dahingehend auf, dass ein Widerstand der hergestellten Elektrode zunimmt. Insbesondere wird die Bildung von Lithiumdendriten aufgrund einer Erhöhung des Widerstands unter Schnellladebedingungen erzeugt, was schließlich die Lebensdauereigenschaften erheblich verringert.
Die Elektrode für eine Sekundärbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung weist jedoch eine Bindemittelgehaltsverteilung auf, bei der der Gehalt des Bindemittels im Oberflächenabschnitt der elektrodenaktiven Materialschicht 0 bis 1 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgehalt des Bindemittels in der elektrodenaktiven Materialschicht, beträgt, so dass das oben beschriebene Problem gelöst werden kann, und die Adhäsion der elektrodenaktiven Materialschicht an dem Stromabnehmer 0,2 N/cm oder mehr, insbesondere 0,2 bis 1,5 N/cm betragen kann.
Außerdem stellt die vorliegende Erfindung eine Sekundärbatterie bereit, die die oben beschriebene Elektrode; ein Trennzeichen; und ein Elektrolyt enthält.
Die Elektrode kann eine positive Elektrode oder eine negative Elektrode sein, abhängig von einer Art des elektrodenaktiven Materials, das in der elektrodenaktiven Materialschicht enthalten ist. Das elektrodenaktive Material ist nicht besonders beschränkt, solange es ein elektrodenaktives Material ist, das üblicherweise für die Sekundärbatterie verwendet wird. Ein Negativelektroden-Aktivmaterial kann zum Beispiel ein kohlenstoffbasiertes Negativelektroden-Aktivmaterial, ein Silizium-basiertes Negativelektroden-Aktivmaterial oder eine Mischung davon sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Das kohlenstoffbasierte Aktivmaterial für die negative Elektrode kann eines oder mehrere sein, die aus künstlichem Graphit, natürlichem Graphit und hartem Kohlenstoff ausgewählt sind. Das aktive Material für die negative Elektrode auf Siliziumbasis kann Si, SiO_x (0 < x < 2), eine Si-Q-Legierung (hier ist Q ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, Elementen der Gruppe XIII, Elementen der Gruppe XIV, Elementen der Gruppe XV, Elementen der Gruppe XVI, Übergangsmetallen, Seltenerdelementen und Kombinationen davon und ist nicht Si), ein Si-Kohlenstoff-Verbundstoff oder eine Mischung aus mindestens einem davon und SiO₂ sein. Ein aktives Material für eine positive Elektrode kann ein Mischoxid eines Metalls sein, das aus Kobalt, Mangan, Nickel und Kombinationen davon und Lithium ausgewählt ist, ist aber nicht darauf beschränkt.
Der Separator ist nicht besonders eingeschränkt, solange es sich um einen im Stand der Technik bekannten Separator handelt. Beispielsweise kann der Separator aus Glasfaser, Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen oder Kombinationen davon ausgewählt werden, kann in Form eines Vliesstoffs oder eines gewebten Stoffs vorliegen und kann optional in einer einzigen Schicht oder Mehrschichtstruktur verwendet werden.
Der Elektrolyt enthält ein nichtwässriges organisches Lösungsmittel und ein Elektrolytsalz. Das nichtwässrige organische Lösungsmittel kann Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC), 1,2-Dimethoxyethan (DME), γ-Butyrolacton (BL), Tetrahydrofuran (THF), 1,3-Dioxolan (DOL), Diethylester (DEE), Methylformiat (MF), Methylpropionat (MP), Sulfolan (S), Dimethylsulfoxid (DMSO), Acetonitril (AN) oder eine Mischung davon sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Das Elektrolytsalz ist ein in dem nichtwässrigen organischen Lösungsmittel gelöstes Material, das als Versorgungsquelle für elektrolytische Metallionen in der Sekundärbatterie dient, um einen Grundbetrieb der Sekundärbatterie zu ermöglichen, und die Bewegung der elektrolytischen Metallionen zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode fördert. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann in einem Fall, in dem ein elektrolytisches Metall Lithium ist, das elektrolytische Salz LiPF₆, LiBF₄, LiTFSI, LiSbF₆, LiAsF₆, LiClO₄, LiCF₃SO₃, Li(CF₃SO₂)₂N, LiC₄F₉SO₃, LiSbF₆, LiAlO₄, LiAlCl₄, LiN(C_xF_2x+1SO₂)(C_yF_2y+1SO₂) (hier sind x und y natürliche Zahlen), LiCI, Lil, oder eine Mischung davon sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Außerdem kann das Elektrolytsalz ein bekanntes Material sein, das in einer für den Zweck geeigneten Konzentration verwendet wird, und kann ferner, falls erforderlich, ein bekanntes Lösungsmittel oder Additiv enthalten, um die Lade-/Entladeeigenschaften, Flammschutzeigenschaften und dergleichen zu verbessern.
Beispiel
Beispiel 1
Schritt 1: Herstellung einer Neqativelektrodenaufschlämmunq
Wasser wurde zu 97,7 Gew.-% künstlichem Graphit, 1,5 Gew.-% eines Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)-Bindemittels und 1,2 Gew.-% Carboxymethylcellulose (CMC) gegeben, und dann wurde ein Mischen durchgeführt, um eine Negativelektrodenaufschlämmung, bei der der Feststoffgehalt 55 Gew.-% beträgt, herzustellen.
Schritt 2: Herstellung der negativen Elektrode
Die in Schritt 1 hergestellte Negativelektrodenaufschlämmung wurde auf eine Oberfläche eines Kupferstromkollektors (Kupferfolie mit einer Dicke von 8 µm) unter Verwendung eines Beschichters aufgetragen und dann in einem mit Heißluft von 120°C erhitzten Trockenofen für 1 Minute getrocknet. Als nächstes wurde eine negative Elektrode mit einer Enddicke von 76 µm und einer Mischungsdichte von 1,67 g/cm³ durch einen Walzverfahren hergestellt.
Schritt 3: Oberflächenbehandlung der negativen Elektrode
Eine Oberflächenbehandlung wurde durchgeführt, indem eine UV-Ozon-Behandlung unter den folgenden Bedingungen an einer Negativelektroden-Aktivmaterialschicht, der in Schritt 2 hergestellten negativen Elektrode durchgeführt wurde.

• Wellenlänge der UV-Ozonlampe: 184,9 nm und 254 nm (PSDP-UVT, erhältlich von Novascan Technologies, Inc.)
• Behandlungszeit: 20 Minuten
• Bedingung: 100°C und atmosphärischer Druck

Schritt 4: Herstellung einer Halbzelle
Ein Polyethylen (PE)-Separator wurde zwischen der hergestellten negativen Elektrode und einer aus Lithiummetall hergestellten Gegenelektrode eingefügt, und dann wurde ein Elektrolyt injiziert, um eine CR2016-Knopfzelle herzustellen. Eine Halbzelle wurde hergestellt, indem die zusammengebaute Knopfzelle 12 Stunden oder länger bei Raumtemperatur angehalten wurde. In diesem Fall wird als Elektrolyt ein Ergebnis erhalten, das durch Mischen eines Elektrolytzusatzes (FEC 2 Vol.-%) mit einer Mischung aus einem Lithiumsalz (1,0 M LiPF₆) und einem organischen Lösungsmittel (Ethylencarbonat (EC)/Ethylmethylcarbonat (EMC)/Diethylencarbonat (DEC) (25/45/30: Volumenverhältnis), verwendet.
Schritt 5: Herstellung einer vollständigen Zelle
Eine negative Elektrode wurde in Schritt 2 auf die gleiche Weise hergestellt, außer dass die negative Elektrodenaufschlämmung auf beide Oberflächen des Stromkollektors anstatt auf eine Oberfläche des Stromkollektors aufgetragen und dann getrocknet und gewalzt wurde, um eine negative Elektrode mit einer Enddicke von 168 µm herzustellen, und eine Oberflächenbehandlung wurde an der negativen Elektrode durchgeführt.
Eine Positivelektrodenaufschlämmung, hergestellt durch Mischen eines Positivelektroden-Aktivmaterials (Li_1,0Ni_0,6Co_0,2Mn_0,2O₂), eines leitfähigen Mittels (Denka Black), eines Bindemittels (Polyvinylidenfluorid (PVDF)) und eines Lösungsmittels (N-Methylpyrrolidon) miteinander in einem Gewichtsverhältnis von 46:2,5:1,5:50 wurde auf ein Aluminiumsubstrat aufgetragen, getrocknet und gepresst, um eine positive Elektrode herzustellen.
Die hergestellten positive Elektrode und negative Elektrode wurden in einer vorbestimmten Größe eingekerbt und gestapelt, ein Separator (hergestellt aus Polyethylen und mit einer Dicke von 25 µm) wurde zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode eingefügt, um eine Batterie zu bilden, und Laschenabschnitte der positiven Elektrode und der negativen Elektrode wurden verschweißt.
Die geschweißte Anordnung aus positiver Elektrode/Separator/negativer Elektrode wurde in einen Beutel gegeben, Zapfenabschnitte wurden in einen Versiegelungsbereich eingeschlossen, und drei Oberflächen der Anordnung aus positiver Elektrode/Separator/negativer Elektrode mit Ausnahme einer Elektrolytinjektionsfläche wurden versiegelt. Ein Elektrolyt wurde in die Anordnung aus positiver Elektrode/Separator/negativer Elektrode durch die Elektrolytinjektionsoberfläche injiziert, die Elektrolytinjektionsoberfläche wurde versiegelt, und dann wurde 12 Stunden lang eine Imprägnierung durchgeführt. Als Elektrolyt wurde ein Ergebnis durch Herstellen einer 1 M LiPF₆-Lösung als gemischtes Lösungsmittel aus Ethylencarbonat (EC)/Ethylmethylcarbonat (EMC)/Diethylencarbonat (DEC) (25/45/30: Volumenverhältnis) erhalten und anschließendes Zugeben von an Elektrolytadditiv (FEC) zu der 1 M LiPF₆-Lösung in 2 Vol.-% verwendet.
Danach erfolgte eine Vorladung für 36 Minuten bei einem Strom (2,5 A) entsprechend 0,25 C. Nach 1 Stunde wurde ein Entgasen durchgeführt, eine Alterung wurde für 24 Stunden oder mehr durchgeführt, und Formationsladung und -entladung wurden dann durchgeführt (Ladebedingung: CC-CV 0,2 C 4,2 V 0,05 C CUT-OFF und Entladebedingung: CC 0,2C 2,5V CUT-OFF).
Danach wurden Standardladung und -entladung durchgeführt (Ladebedingung: CC-CV 0,5C 4,2V 0,05C CUT-OFF und Entladebedingung: CC 0,5C 2,5V CUT-OFF).
Bewertungsbeispiel
Bewertungsbeispiel 1: Bewertung der Haftung zwischen der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht und dem Stromkollektor
(Beispiele 2 bis 4)
Die gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurden durchgeführt, außer dass eine UV-Ozon-Behandlungszeit in Schritt 3 von Beispiel 1 auf Zeiten anstelle von 15 Minuten geändert wurde, die in der folgenden Tabelle 1 gezeigt sind.
(Vergleichsbeispiel)
Die gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurden durchgeführt, außer dass Schritt 3 von Beispiel 1 nicht durchgeführt wurde.
(Vergleichsbeispiel)
Jede der in den Beispielen 1 bis 4 und dem Vergleichsbeispiel hergestellten negativen Elektroden wurde auf eine Breite von 18 mm und eine Länge von 150 mm geschnitten, und ein Band mit einer Breite von 18 mm wurde an einer Folienschicht der negativen Elektrode befestigt und dann mit einer Walze mit einer Last von 2 kg ausreichend an der Folienschicht haften gelassen. Die Negativelektroden-Aktivmaterialschicht wurde unter Verwendung eines doppelseitigen Klebebands an einer Seite eines Zugprüfgeräts befestigt. Das an der Folienschicht befestigte Band wurde an der anderen Seite des Zugprüfgeräts befestigt, eine Messung der Haftung wurde durchgeführt und die Messergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]

UV-Ozone-Behandlung (Minute) Haftung (N/cm)

Beispiel 1 15 0.34

Beispiel 2 30 0.32

Beispiel 3 120 0.2

Beispiel 4 5 0.35

Vergleichsbeispiel - 0.35
Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, dass in einem Fall, in dem eine UV-Ozon-Behandlungszeit weniger als 120 Minuten beträgt, eine Haftung ähnlich der des Vergleichsbeispiels war, in dem keine Oberflächenbehandlung durchgeführt wurde. Andererseits wird in einem Fall von Beispiel 3, in dem die UV-Ozon-Behandlungszeit 120 Minuten beträgt, entschieden, dass ein Bindemittel innerhalb einer Negativelektroden-Aktivmaterialschicht in einer Dickenrichtung von einer Oberfläche der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht sowie auf der Oberfläche der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht entfernt wurde, um eine relativ geringe Adhäsion zu zeigen.
Daher ist ersichtlich, dass eine bevorzugte UV-Ozon-Behandlungszeit weniger als 120 Minuten beträgt.
Bewertungsbeispiel 2: Bewertung der anfänglichen Lade- und Entladeeffizienz und der Ladekapazitätsretentionsrate gemäß Schnellladung
Ein Stabilisierungsschritt wurde durchgeführt, indem anfängliches Laden und Entladen für fünf Zyklen unter 0,1-C-Lade- (5 mV 0,01-C CUT-OFF)/0,1-C-Entlade-(1,5-V-CUT-OFF) Bedingungen unter Verwendung der in den Beispielen 1 bis 4 und dem Vergleichsbeispiel hergestellten Halbzellen durchgeführt wurden. In diesem Fall wurden Anfangswirkungsgrade (%) durch ein Berechnungsverfahren von Ladekapazität/Entladekapazität * 100 basierend auf einer Ladekapazität und einer Entladekapazität, die in einem ersten Zyklus gemessen wurden, berechnet und sind in der Tabelle 2 gezeigt.

Zusätzliche Lade- und Entladeverfahren wurden für 4 Zyklen unter den anfänglichen Lade- und Entladebedingungen durchgeführt, und das Laden und Entladen wurde für 10 Zyklen unter 2,0 C-Laden- (5 mV CUT-OFF)/0,1 C-Entladen- (1,5 V CUT-OFF) Bedingungen durchgeführt. Als nächstes sind in der Tabelle 2 Ladekapazitätserhaltungsraten (%) gezeigt, die durch Berechnen eines Prozentsatzes einer Ladekapazität eines zehnten Zyklus zu der Ladekapazität des ersten Zyklus erhalten wurden. [Tabelle 2]

	UV-Ozon-Behandlungszeit (Minuten)	Anfangswirkungsgrad (%)	Erhaltungsrate der Ladekapazität (%)
Beispiel 1	15	93.6	89.5
Beispiel 2	30	93.5	91.4
Beispiel 3	120	93.2	80.8
Beispiel 4	5	93.6	70.6
Vergleichsbeispiel	-	93.6	67.7

Unter Bezugnahme auf die Tabelle 2 zeigten alle Beispiele 1 bis 4, in denen eine UV-Ozonbehandlung durchgeführt wurde, Anfangswirkungsgrade ähnlich denen des Vergleichsbeispiels, in dem keine Oberflächenbehandlung durchgeführt wurde, zeigten aber höhere Ladekapazitätsretentionsraten als die des Vergleichsbeispiels. Das heißt, es wird entschieden, dass ein Einfluss der Bindemittelschicht, die auf der Oberfläche der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht vorhanden ist, unter einem Zustand mit niedriger Laderate, relativ gering war, aber stark unter einem Zustand mit hoher Laderate war, um einen Unterschied zwischen den Ladeleistungserhaltungsraten aufzuzeigen.
Insbesondere wird entschieden, dass in einem Fall von Beispielen, in denen die Bindemittelschicht auf der Oberfläche der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht durch die UV-Ozon-Behandlung entfernt wurde, die Leistung auch unter Hochgeschwindigkeits-Ladebedingungen aufgrund einer Verringerung des Widerstands hervorragend ist, während aber in einem Fall des Vergleichsbeispiels, in dem die Bindemittelschicht nicht entfernt wurde, ein Lithiumausfällungsphänomen aufgrund einer Erhöhung des Widerstands in einem Hochgeschwindigkeitsladeverfahren schwerwiegend wurde, so dass eine Ladekapazität signifikant verringert wurde.
Unterdessen ist ersichtlich, dass im Hinblick auf die Erhaltungsrate der Ladekapazität unter einer Hochladebedingung eine bevorzugte UV-Ozon-Behandlungszeit mehr als 5 Minuten und weniger als 120 Minuten beträgt.
Bewertungsbeispiel 3: Bewertung von DC-IR und Kapazitätsretentionsrate
Formationsladung und -entladung und Standardladung und -entladung wurden unter Verwendung der in den Beispielen 1 bis 4 und dem Vergleichsbeispiel hergestellten Vollzellen durchgeführt, dann wurden die Entladungs-Gleichstrom-Innenwiderstände (DC-IR) gemessen.
Insbesondere wurden die vollen Zellen bei Raumtemperatur mit 0,5°C auf 50% eines Ladezustands (SOC) geladen und dann für 30 Minuten angehalten. Die Spannungen zu diesem Zeitpunkt wurden gemessen und auf V0 eingestellt, die vollen Zellen wurden bei einem Strom von 1 C (Idis) für 10 Sekunden entladen, die Spannungen wurden dann gemessen und auf V1 eingestellt, die Entladungs-DC-IRs wurden durch ein Berechnungsverfahren (V0-V1)/Idis berechnet, und die Berechnungsergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt.

Laden und Entladen wurden für 200 Zyklen unter Lade- (CC/CV 0,5C 4,3V 0,05C CUT-OFF) und Entlade- (CC 1,0C 3,0V CUT-OFF) Bedingungen, unter Verwendung der in den Beispielen 1 bis 4 und im Vergleichsbeispiel hergestellten Vollzellen, durchgeführt und Kapazitätsretentionsraten (%), die durch Berechnen eines Prozentsatzes einer Entladekapazität eines zweihundertsten Zyklus zu einer Entladekapazität eines ersten Zyklus erhalten wurden, sind in der Tabelle 3 gezeigt. [Tabelle 3]

	UV-Ozon-Behandlungszeit (Minute)	DC-IR (mΩ)	Kapazitätserhaltungsrate (%)
Beispiel 1	15	3.64	96.4
Beispiel 2	30	3.49	97.2
Beispiel 3	120	3.47	95.3
Beispiel 4	5	4.06	92.9
Vergleichsbeispiel	-	4.19	91.8

Unter Bezugnahme auf Tabelle 3 zeigten die Beispiele 1 bis 4, in denen die UV-Ozon-Behandlung durchgeführt wurde, Widerstandswerte und Kapazitätsretentionsraten, die niedriger waren als diejenigen des Vergleichsbeispiels, in dem die Oberflächenbehandlung nicht durchgeführt wurde. Es wird entschieden, dass das Vergleichsbeispiel aufgrund des Vorhandenseins der Bindemittelschicht auf der Oberfläche der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht einen hohen Widerstand zeigte und somit eine Erhöhung des Widerstands aufgrund eines Lithium-Präzipitationsphänomens bei Lade- und Entladeverfahren schwerwiegender wurde, so dass eine Kapazitätsretentionsrate verringert wurde.
Andererseits zeigte Beispiel 3, in dem die UV-Ozon-Behandlungszeit 120 Minuten betrug, eine Kapazitätsretentionsrate, die relativ niedriger war als jene der Beispiele 1 und 2. Es wird entschieden, dass, wenn die UV-Ozon-Behandlungszeit übermäßig lang ist, das Bindemittel innerhalb der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht einer Volumenausdehnung des Aktivmaterials, die abhängig von der Anzahl der Lade- und Entladevorgänge wiederholt wird, aufgrund von Verschlechterung, verursacht durch Lichtalterung, nicht standhalten kann, so dass eine neue Grenzfläche aus aktivem Material erschien, und ein Widerstand wurde erhöht, so dass eine Ladekapazität relativ verringert wurde.
Andererseits wird entschieden, dass im Falle von Beispiel 4, in dem die UV-Ozon-Behandlungszeit 5 Minuten betrug, die Bindemittelschicht auf der Oberfläche der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht nicht ausreichend entfernt wurde, so dass eine bemerkenswerte Wirkung keine signifikante Wirkung zeigte.
Daher ist ersichtlich, dass eine bevorzugte UV-Ozon-Behandlungszeit mehr als 5 Minuten und weniger als 120 Minuten im Hinblick auf die Verbesserung der gesamten Adhäsion zwischen der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht und dem Stromkollektor, der Ladekapazitätsretentionsrate unter Schnellladebedingungen und der Lebensdauereigenschaften, beträgt.
Bewertunqsbeispiel 4: Analyse des Bildes des Querschnitts der negativen Elektrode, aufgenommen durch ein Rasterelektronenmikroskop (SEM)
Die negativen Elektroden, die durch Zerlegen der Halbzellen gemäß Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel erhalten wurden, deren Ladungserhaltungsraten gemäß Bewertungsbeispiel 2 bewertet wurden, wurden unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops betrachtet, und die Beobachtungsergebnisse wurden in den 2A bis 3B dargestellt. Insbesondere veranschaulichen die 2A und 2B Oberflächen der negativen Elektroden, die 3A und 3B veranschaulichen Querschnitte der negativen Elektroden, wobei die 2A und 3A Ergebnisse für Beispiel 2 veranschaulichen und die 2B und 3B Ergebnisse für das Vergleichsbeispiel veranschaulichen.
Insbesondere sind die 2A und 3A Abbildungen der Oberfläche und des Querschnitts der negativen Elektrode gemäß Beispiel 2, und es kann den 2A und 3A entnommen werden, dass die Bildung von Lithiumdendriten auf der Oberfläche der negativen Elektrode im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel (2B und 3B), bei dem die UV-Ozon-Behandlung nicht durchgeführt wurde, signifikant unterdrückt wurde. Das heißt, die negative Elektrode, an der die Oberflächenbehandlung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde, zeigte ein Ergebnis, bei dem die Bildung des Lithiumdendrits auf der Oberfläche der negativen Elektrode signifikant, sogar nach Laden und Entladen für eine lange Zeit im Schnellladezustand, verringert war. Ein solches Ergebnis zeigt, dass die Lebensdauereigenschaften verbessert werden können, indem die Bildung der Lithiumdendriten wirksam unterdrückt wird, indem die Bindemittelschicht auf der Oberfläche der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht entfernt wird.
Mit dem Herstellungsverfahren einer Elektrode für eine Sekundärbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Elektrode für eine Sekundärbatterie mit einer ausgezeichneten Haftung zwischen dem Stromkollektor und der elektrodenaktiven Materialschicht bereitgestellt werden.
Außerdem kann der auf der Oberfläche der elektrodenaktiven Materialschicht vorhandene Binder selektiv entfernt werden, um die Leitfähigkeit der Elektrode zu verbessern, und ein Problem wie die Erhöhung des Widerstands und des Wachstums des Lithiumdendriten können verhindert werden, um die Leistung unter den Schnellladebedingungen und Lebensdauereigenschaften zu verbessern.

Claims

Herstellungsverfahren einer Elektrode für eine Sekundärbatterie, umfassend: (a) Auftragen einer Elektrodenaufschlämmung, die ein elektrodenaktives Material und ein Bindemittel enthält, auf einen Stromkollektor; (b) Trocknen des Stromkollektors, auf den die Elektrodenaufschlämmung aufgetragen ist, um eine elektrodenaktive Materialschicht zu bilden; und (c) Oberflächenbehandlung der auf dem Stromkollektor ausgebildeten elektrodenaktiven Materialschicht, um eine Bindemittelschicht auf einer Oberfläche der elektrodenaktiven Materialschicht zu entfernen.
Herstellungsverfahren einer Elektrode für eine Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei die Oberflächenbehandlung eine Trockenoberflächenbehandlung ist.
Herstellungsverfahren einer Elektrode für eine Sekundärbatterie nach Anspruch 2, wobei die Oberflächenbehandlung durch eine Ultraviolett-(UV)-Ozon-Behandlung durchgeführt wird.
Herstellungsverfahren einer Elektrode für eine Sekundärbatterie nach Anspruch 3, wobei die UV-Ozon-Behandlung für 5 Minuten bis 60 Minuten durchgeführt wird.
Herstellungsverfahren einer Elektrode für eine Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der Bindemittelschicht 1 bis 50 nm beträgt.
Herstellungsverfahren einer Elektrode für eine Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei ein Gehalt des Bindemittels in der elektrodenaktiven Materialschicht nach der Oberflächenbehandlung des Schritts (c) 97 Gew.-% oder mehr eines Gehalts des Bindemittels vor der Oberflächenbehandlung beträgt.
Herstellungsverfahren einer Elektrode für eine Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei eine Adhäsion der elektrodenaktiven Materialschicht an dem Stromkollektor 0,2 N/cm oder mehr beträgt.
Elektrode für eine Sekundärbatterie, umfassend: einen Stromkollektor; und eine elektrodenaktive Materialschicht, die auf mindestens einer Oberfläche des Stromkollektors positioniert ist und ein elektrodenaktives Material und ein Bindemittel enthält, wobei ein Gehalt des Bindemittels in einem Oberflächenabschnitt der elektrodenaktiven Materialschicht 0 bis 1 Gew.-%, basierend auf einem Gesamtgehalt des Bindemittels in der elektrodenaktiven Materialschicht, beträgt.
Elektrode für eine Sekundärbatterie nach Anspruch 8, wobei ein Gesamtgehalt des Bindemittels in der elektrodenaktiven Materialschicht in Bezug auf ein Gesamtgewicht der elektrodenaktiven Materialschicht 1 bis 10 Gew.-% beträgt.
Sekundärbatterie, umfassend: die Elektrode nach Anspruch 8 oder 9.