DE212022000209U1 - Elektrode - Google Patents

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Abstract

Elektrode, umfassend: einen Stromsammler; und eine Elektrodenschicht, die auf mindestens einer Oberfläche des Stromsammlers angeordnet ist, und einen nicht beschichteten Abschnitt, der keine Elektrodenschicht aufweist,
wobei der Vertikalschnitt der Elektrodenschicht mit einem mittleren Abschnitt der Elektrodenschicht und einem Endabschnitt versehen ist, der sich von jeder der beiden Seiten des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht erstreckt und in Kontakt mit dem Stromsammler steht, während die Höhe des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht abnimmt,
die Elektrodenschicht eine Neigung des Endabschnitts von 80-90° aufweist und die Neigung des Endabschnitts sich auf einen Winkel bezieht, der durch einen Grenzpunkt gebildet wird, an dem der Endabschnitt der Elektrodenschicht den Stromsammler berührt, zwischen der Tangente in Kontakt mit dem Endabschnitt und einer Oberfläche des Stromsammlers, die der Elektrodenschicht zugewandt ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Elektrode. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Elektrode, die eine lange Lebensdauer und eine schnelle Aufladung begünstigt.
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2021-0187849 , die am 24. Dezember 2021 in der Republik Korea eingereicht wurde und deren Offenbarungen hierin durch Bezugnahme enthalten sind.
  • STAND DER TECHNIK
  • Da die technische Entwicklung und der Bedarf an mobilen Instrumenten zunehmen, sind Sekundärbatterien als Energiequellen immer gefragter geworden. Daher wurden aktive Studien über Batterien durchgeführt, die verschiedene Anforderungen erfüllen können.
  • Eine solche Sekundärbatterie lässt sich grob in eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, einen Separator und einen Elektrolyten unterteilen. Die Lithiumionen bewegen sich zwischen den beiden Elektroden hin und her, wobei sie bei der ersten Aufladung aus dem aktiven Material der positiven Elektrode deinterkaliert, in das aktive Material der negativen Elektrode interkaliert und bei der anschließenden Entladung wieder deinterkaliert werden. Die Lithiumsekundärbatterie ist wiederaufladbar, indem sie durch den vorstehend aufgeführten Prozess Energie umwandelt.
  • Im Allgemeinen wird eine Elektrode einer Lithiumsekundärbatterie gefertigt, indem ein aktives Elektrodenmaterial, ein Bindemittel oder dergleichen dispergiert wird, um eine aktive Materialaufschlämmung zuzubereiten, und eine Schicht aus aktivem Material auf eine Oberfläche eines Stromsammlers aufgebracht wird. Bei der Beschichtung einer Oberfläche eines Stromsammlers mit der aktiven Materialaufschlämmung kommt es zu einem Gleitphänomen, wobei sich die aktive Materialaufschlämmung ausbreitet. Dadurch wird am Ende der aktiven Materialschicht ein gleitender Abschnitt gebildet, der eine geringere Dicke als der mittlere Abschnitt aufweist. Insbesondere kann sich der gleitende Abschnitt auf einen Abschnitt beziehen, der sich von jedem der beiden Enden des mittleren Abschnitts aus erstreckt und eine zum Ende der aktiven Materialschicht hin allmählich abnehmende Dicke aufweist, d. h. vom mittleren Abschnitt der aktiven Materialschicht zum unbeschichteten Abschnitt ohne aktive Materialschicht. Aufgrund eines solchen Gleitphänomens weisen beide Enden der aktiven Materialschicht eine geringere Menge an Last auf als der mittlere Abschnitt. Daher besteht das Problem, dass die Sekundärbatterie eine geringere Kapazität als die vorgesehene Kapazität aufweist.
  • Darüber hinaus kann sich das Verhältnis der positiven Elektrode zur negativen Elektrode am unbeschichteten Abschnitt (Fahnenabschnitt) der Elektrode aufgrund des oben aufgeführten gleitenden Abschnitts, der am unbeschichteten Abschnitt des Endabschnitts der Elektrode erzeugt wird, umkehren, ein physikalischer Spalt kann erzeugt werden, und der gleitende Abschnitt kann kaum kontrolliert werden, wodurch es schwierig wird, eine stabile Elektrodenqualität aufrechtzuerhalten.
  • OFFENBARUNG
  • Technisches Problem
  • Die vorliegende Offenbarung soll die Probleme des Stands der Technik lösen und ist daher darauf gerichtet, eine Elektrode, die sich durch eine lange Lebensdauer und eine schnelle Aufladung auszeichnet, bereitzustellen.
  • Technische Lösung
  • In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Elektrode nach den folgenden Ausführungsformen bereitgestellt.
  • Nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine Elektrode bereitgestellt, die Folgendes einschließt: einen Stromsammler; und eine Elektrodenschicht, die auf mindestens einer Oberfläche des Stromsammlers angeordnet ist, und einen unbeschichteten Abschnitt, der keine Elektrodenschicht aufweist,
    wobei der Vertikalschnitt der Elektrodenschicht mit einem mittleren Abschnitt der Elektrodenschicht und einem Endabschnitt bereitgestellt wird, der sich von jeder der beiden Seiten des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht erstreckt und in Kontakt mit dem Stromsammler steht, während die Höhe des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht abnimmt,
    die Schicht der Elektrode eine Neigung des Endabschnitts von 80-90° aufweist und
    die Neigung des Endabschnitts sich auf einen Winkel bezieht, der durch einen Grenzpunkt gebildet wird, an dem der Endabschnitt der Elektrodenschicht den Stromsammler berührt, zwischen der Tangente in Kontakt mit dem Endabschnitt und einer Oberfläche des Stromsammlers, die der Elektrodenschicht zugewandt ist.
  • Nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird die in der ersten Ausführungsform definierte Elektrode bereitgestellt, wobei die Elektrodenschicht eine Neigung des Endabschnitts von 85-90° aufweist.
  • Nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird die in der ersten oder zweiten Ausführungsform definierte Elektrode bereitgestellt, wobei die Elektrodenschicht eine Länge des Endabschnitts von 10 mm oder weniger aufweist, die Länge des Endabschnitts sich auf einen Abstand zwischen einem senkrecht nach unten weisenden Punkt des Neigungsstartpunkts zum Stromsammler und einem Grenzpunkt bezieht, an dem der Endabschnitt der Elektrodenschicht den Stromsammler berührt, und der Neigungsanfangspunkt eine Position auf dem Endabschnitt ist, die zum ersten Mal einen spitzen Winkel von 10° oder mehr aufweist, wenn der spitze Winkel, der durch eine Verlängerungslinie des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht und die Tangente auf dem Endabschnitt entlang des vom mittleren Abschnitt verlängerten Endabschnitts gebildet wird, gemessen wird.
  • Nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine sekundäre Batterie bereitgestellt, die die Elektrode einschließt, wie sie in einer der ersten bis dritten Ausführungsformen definiert ist.
  • Nach der fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird die in der vierten Ausführungsform definierte Sekundärbatterie bereitgestellt, die eine Lithiumsekundärbatterie ist.
  • Vorteilhafte Wirkungen
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird der gleitende Abschnitt einer Elektrode, der an dem unbeschichteten Abschnitt erzeugt wird, der sich an jedem der beiden Endabschnitte der Elektrode befindet, aufgrund eines Schlammausbreitungsphänomens, das durch die Nassbeschichtung der Elektrodenschicht verursacht wird, entfernt, um ein Umkehrphänomen des Kapazitätsgleichgewichts (N/P-Gleichgewicht) zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode zu verhindern. Dadurch ist es möglich, die herkömmliche Ablagerung von Li im gleitenden Abschnitt zu verhindern und die zyklischen Eigenschaften einer Sekundärbatterie, die die Elektrode verwendet, zu verbessern. Darüber hinaus wird nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung der physische Abstand zwischen einer positiven Elektrodenschicht und einer negativen Elektrodenschicht verringert, sodass ein Überspannungsphänomen reduziert werden kann, indem ein Gradient der Lithiumionenkonzentration zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, d. h. ein Phänomen der Polarisierung der Elektrolytkonzentration, verhindert wird.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beigefügten Zeichnungen veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der vorangehenden Offenbarung dazu, ein ferneres Verständnis der technischen Merkmale der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen, und daher ist die vorliegende Offenbarung nicht so auszulegen, als sei sie auf die Zeichnung beschränkt.
    • 1 ist eine schematische Darstellung, die die Elektrode nach dem Stand der Technik veranschaulicht.
    • 2 ist ein Diagramm, das eine Veränderung der Dicke in Abhängigkeit von der Länge der Elektrodenschicht veranschaulicht, und zwar vor und nach dem Pressen der Elektrode aus 1 nach dem Stand der Technik.
    • 3 ist eine schematische Ansicht, die die Elektrode nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • 4 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Dicke in Abhängigkeit von der Länge der Elektrodenschicht vor und nach dem Pressen der Elektrode von 3 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • 5 veranschaulicht die Definition der Neigung des Endabschnitts der Elektrode nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 6 veranschaulicht die Definition der Länge des Endabschnitts der Elektrode nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 7 ist eine schematische Ansicht, die das Herstellungsverfahren einer Elektrode nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • 8 ist eine schematische Schnittansicht, welche die Elektrodenanordnung nach dem Stand der Technik veranschaulicht.
    • 9 ist eine schematische Schnittansicht, welche die Elektrodenanordnung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • 10 ist eine schematische Schnittansicht, welche die Elektrode nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • 11 ist eine schematische Schnittansicht, welche die Elektrode nach dem Stand der Technik veranschaulicht.
    • 12 ist ein Diagramm, das die zyklischen Eigenschaften von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 veranschaulicht.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Vor der Beschreibung sollte verstanden werden, dass die in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendeten Begriffe nicht als auf allgemeine und wörterbuchmäßige Bedeutungen beschränkt ausgelegt werden sollten, sondern basierend auf den Bedeutungen und Konzepten, die den technischen Aspekten der vorliegenden Offenbarung entsprechen, auf der Grundlage des Prinzips interpretiert werden sollten, dass es dem Erfinder ermöglicht wird, Begriffe zur besten Erklärung angemessen zu definieren.
  • Bei der Elektrode nach dem Stand der Technik wird die Nassbeschichtung auf einem Stromsammler ausgeführt, sodass aufgrund eines Schlammausbreitungsphänomens zwangsläufig gleitende Abschnitte an beiden Enden der nassbeschichteten Elektrodenschicht erzeugt werden, was zu einem Umkehrphänomen des Kapazitätsgleichgewichts (N/P-Gleichgewicht) zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode in einer elektrochemischen Vorrichtung führt, die die Elektrode mit solchen gleitenden Abschnitten verwendet, was zur Ablagerung von Lithium (Li) und zur Verschlechterung der elektrochemischen Vorrichtung führt.
  • Um die vorstehend aufgeführten Probleme der Elektrode nach dem Stand der Technik zu lösen, stellt die vorliegende Offenbarung eine Elektrode bereit, die Folgendes einschließt: einen Stromsammler; und eine Elektrodenschicht, die auf mindestens einer Oberfläche des Stromsammlers angeordnet ist, und einen unbeschichteten Abschnitt, der keine Elektrodenschicht aufweist,
    wobei der Vertikalschnitt der Elektrodenschicht mit einem mittleren Abschnitt der Elektrodenschicht und einem Endabschnitt versehen ist, der sich von jeder der beiden Seiten des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht erstreckt und in Kontakt mit dem Stromsammler steht, während die Höhe des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht abnimmt,
    die Elektrodenschicht eine Neigung des Endabschnitts von 80-90° aufweist und
    die Neigung des Endabschnitts sich auf einen Winkel bezieht, der durch einen Grenzpunkt gebildet wird, an dem der Endabschnitt der Elektrodenschicht den Stromsammler berührt, zwischen der Tangente in Kontakt mit dem Endabschnitt und einer Oberfläche des Stromsammlers, die der Elektrodenschicht zugewandt ist.
  • Mit anderen Worten ist die Elektrode nach der vorliegenden Offenbarung dadurch gekennzeichnet, dass die gleitenden Abschnitte der Elektrode, die eine Degradation der Leistung einer Sekundärbatterie verursachen, wie beispielsweise ein Umkehrphänomen des Kapazitätsgleichgewichts zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, entfernt werden, um einen Unterschied zwischen der Höhe und der Kapazität pro Flächeneinheit des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht und denen des Endabschnitts der Elektrodenschicht zu minimieren.
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die die Elektrode nach dem Stand der Technik veranschaulicht, und 2 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Dicke in Abhängigkeit von der Länge der Elektrodenschicht vor und nach dem Pressen der Elektrode von 1 nach dem Stand der Technik veranschaulicht.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist die Elektrode 10 gemäß dem Stand der Technik mit einer Elektrodenschicht 12, die einen gleitenden Abschnitt S am Endabschnitt aufweist, und einem nicht beschichteten Abschnitt 13, in dem keine Elektrodenschicht vorhanden ist und die Oberfläche eines Stromsammlers freiliegt, auf einer Oberfläche des Stromsammlers 11 versehen.
  • Unter Bezugnahme auf 2, wie aus der Dicke der Elektrodenschicht in Abhängigkeit von der Länge ab dem Endabschnitt der Elektrodenschicht vor und nach dem Pressen ersichtlich ist, wird die Länge A der bis zum Endabschnitt der Elektrodenschicht verlängerten Elektrodenschicht, während sie vor dem Pressen eine Abnahme der Höhe des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht zeigt, leicht auf die Länge B der bis zum Endabschnitt der Elektrodenschicht verlängerten Elektrodenschicht reduziert, während sie nach dem Pressen eine Abnahme der Höhe des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht zeigt. Die Länge B wird jedoch noch deutlich gehalten. Die Region der Elektrodenschicht, die der Länge B entspricht, wird zum gleitenden Abschnitt, was zu einer Degradation der Leistung einer Sekundärbatterie führen kann.
  • 3 ist eine schematische Ansicht, die die Elektrode nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht, und 4 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Dicke in Abhängigkeit von der Länge der Elektrodenschicht vor und nach dem Pressen der Elektrode von 3 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • In 3 ist die Elektrode 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung nach dem Entfernen des gleitenden Abschnitts S der Elektrode 10 gemäß dem Stand der Technik durch das nachfolgend beschriebene Verfahren mit einer Elektrodenschicht 22, in der der gleitende Abschnitt entfernt ist, und einem nicht beschichteten Abschnitt 23 auf einer Oberfläche eines Stromsammlers 21 versehen.
  • Unter Bezugnahme auf 4 weist die Elektrode 20, die mit der Elektrodenschicht 22 versehen ist, von der der gleitende Abschnitt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entfernt wurde, im Wesentlichen keine Länge der Elektrodenschicht auf, die sich bis zum Endabschnitt der Elektrodenschicht erstreckt, während die Höhe des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht nach dem Pressen im Vergleich zur Länge der Elektrodenschicht vor dem Pressen abnimmt. Mit anderen Worten weist die Elektrode eine Elektrodenschicht auf, die sich im Wesentlichen vertikal von der Höhe des mittleren Abschnitts ohne gleitenden Abschnitt bis zu ihrem Endabschnitt erstreckt.
  • 5 veranschaulicht die Definition der Neigung des Endabschnitts der Elektrode nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Unter Bezugnahme auf 5 schließt die Elektrode 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung Folgendes ein: einen Stromsammler 21; und eine Elektrodenschicht 22, die auf mindestens einer Oberfläche des Stromsammlers 21 angeordnet ist, und einen nicht beschichteten Abschnitt 23, der keine Elektrodenschicht aufweist, wobei der Vertikalschnitt der Elektrodenschicht 22 mit einem mittleren Abschnitt 22a der Elektrodenschicht versehen ist; und einen Endabschnitt 22b, 22c, der sich von jeder der beiden Seiten des mittleren Abschnitts 22a der Elektrodenschicht erstreckt und den Stromsammler kontaktiert, während die Höhe des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht abnimmt.
  • Hierin bezieht sich die Neigung θ des Endabschnitts auf einen Winkel, der von einem Grenzpunkt 24 gebildet wird, an dem der Endabschnitt der Elektrodenschicht den Stromsammler berührt, zwischen der Tangente L in Kontakt mit dem Endabschnitt und einer der Elektrodenschicht zugewandten Oberfläche des Stromsammlers 21.
  • Darüber hinaus kann die Neigung des Endabschnitts der Elektrodenschicht nach der vorliegenden Offenbarung 80-90° betragen. Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Neigung des Endabschnitts 85-90° betragen.
  • Wenn die Neigung des Endabschnitts der Elektrodenschicht den oben definierten Bereich erfüllt, ist es möglich, ein Umkehrphänomen des Kapazitätsgleichgewichts (N/P-Gleichgewicht) zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode zu verhindern, die Ablagerung von Li durch Berechnung der Konzentration eines am gleitenden Abschnitt erzeugten Elektrolyten zu verhindern, die Überspannungs- und Zykluseigenschaften einer Sekundärbatterie, die die Elektrode verwendet, zu verbessern und die Haftung zwischen der Elektrode und einem Separator am Endabschnitt zu verbessern.
  • Unter Bezugnahme auf 6 schließt die Elektrode 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung Folgendes ein: einen Stromsammler 21; und eine Elektrodenschicht 22, die auf mindestens einer Oberfläche des Stromsammlers 21 angeordnet ist, und einen nicht beschichteten Abschnitt 23, der keine Elektrodenschicht aufweist, wobei der Vertikalschnitt der Elektrodenschicht 22 mit einem mittleren Abschnitt 22a der Elektrodenschicht versehen ist; und einem Endabschnitt 22b, 22c, der sich von jeder der beiden Seiten des mittleren Abschnitts 22a der Elektrodenschicht erstreckt und den Stromsammler kontaktiert, während die Höhe des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht abnimmt.
  • Hierin bezieht sich die Länge d des Endabschnitts der Elektrodenschicht auf einen Abstand zwischen einem senkrecht nach unten weisenden Punkt B des Neigungsstartpunkts A zum Stromsammler 21 und einem Grenzpunkt C, an dem der Endabschnitt der Elektrodenschicht den Stromsammler berührt, und der Neigungsanfangspunkt A kann eine Position auf dem Endabschnitt sein, die zum ersten Mal einen spitzen Winkel α von 10° oder mehr aufweist, wenn der spitze Winkel α gemessen wird, der von einer Verlängerungslinie X des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht und der Tangentenlinie Y auf dem Endabschnitt entlang des vom mittleren Abschnitt verlängerten Endabschnitts gebildet wird. Mit anderen Worten kann sich der Neigungsanfangspunkt auf eine Position auf dem Endabschnitt beziehen, die zum ersten Mal einen spitzen Winkel α von 10° oder mehr aufweist, wenn der spitze Winkel α, der durch die Verlängerungslinie X des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht und die Tangente Y an einer optionalen Position auf dem Endabschnitt gebildet wird, entlang der Richtung von der optionalen Position auf dem Endabschnitt zum Grenzpunkt C gemessen wird, wobei sich die optionale Position auf dem Endabschnitt auf eine Position bezieht, an der die Höhe im Vergleich zur Höhe der Elektrodenschicht am mittleren Abschnitt der Elektrodenschicht sich zu verringern beginnt. Wenn die äußere Ecke des Vertikalschnitts des Endabschnitts eine gekrümmte Form aufweist und mit dem Stromsammler in Kontakt kommt, während die Höhe der Elektrodenschicht abnimmt, kann die Position auf dem Endabschnitt, die zum ersten Mal einen spitzen Winkel α von 10° oder mehr aufweist, bestimmt werden, während der optionale Punkt auf dem Endabschnitt kontinuierlich verändert wird. Wenn andererseits die äußere Ecke des Vertikalschnitts des Endabschnitts eine diagonale oder vertikale Linienform mit einem vorbestimmten Winkel von 10° oder mehr aufweist und mit dem Stromsammler in Kontakt kommt, während die Höhe der Elektrodenschicht abnimmt, kann die Position auf dem Endabschnitt, die zum ersten Mal einen spitzen Winkel α von 10° oder mehr aufweist, ein Punkt sein, an dem die diagonale oder vertikale Linienform beginnt.
  • Die Länge des Endabschnitts der Elektrodenschicht nach der vorliegenden Offenbarung kann 10 mm oder weniger betragen. Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Länge des Endabschnitts der Elektrodenschicht 4-10 mm, 4-7 mm oder 7-10 mm betragen.
  • Wenn der Endabschnitts der Elektrodenschicht den oben definierten Bereich erfüllt, ist es möglich, ein Umkehrphänomen des Kapazitätsgleichgewichts (N/P-Gleichgewicht) zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode zu verhindern, die Ablagerung von Li durch Berechnung der Konzentration eines am gleitenden Abschnitt erzeugten Elektrolyten zu verhindern, die Überspannungs- und Zykluseigenschaften einer Sekundärbatterie, die die Elektrode verwendet, zu verbessern und die Haftung zwischen der Elektrode und einem Separator am Endabschnitt zu verbessern.
  • Nach der vorliegenden Offenbarung kann es sich bei der Elektrode um eine positive oder eine negative Elektrode handeln, und bei der Elektrodenschicht kann es sich um eine Schicht aus aktivem Material für eine positive Elektrode oder eine Schicht aus aktivem Material für eine negative Elektrode handeln.
  • Wenn es sich bei der Elektrode beispielsweise um eine positive Elektrode handelt, ist das in der Schicht aus aktivem Material für die positive Elektrode enthaltene aktive Material ein aktives Material für die positive Elektrode, wie ein lithiumhaltiges Oxid, und es kann vorzugsweise ein lithiumhaltiges Übergangsmetalloxid verwendet werden. Besondere Beispiele für das lithiumhaltige Übergangsmetalloxid können jedes einschließen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lix(NiaCobMnc)O2 (0,5 < x < 1,3, 0 < a < 1, 0 < b < 1, 0 < c < 1, a + b + c = 1), LixFePO4 (0,5 < x < 1,3), LixCoO2 (0,5 < x < 1,3), LixNiO2 (0,5 < x < 1,3), LixMnO2 (0,5 < x < 1,3), LixMn2O4 (0,5 < x < 1,3), LixNi1-yCoyO2 (0,5 < x < 1,3, 0 < y < 1), LixCo1-yMnyO2 (0,5 < x < 1,3, 0 ≤ y < 1), LixNi1-yMnyO2 (0,5 < x < 1,3, 0 < y < 1), Lix(NiaCobMnc)O4 (0,5 < x < 1,3, 0 < a< 2, 0 < b < 2, 0 < c < 2, a + b + c = 2), LixMn2-zNizO4 (0,5 < x < 1,3, 0 < z < 2), LixMn2-zCozO4 (0,5 < x < 1,3, 0 < z < 2) und LixCoPO4 (0,5 < x < 1,3) oder eine Mischung aus zwei oder mehr von ihnen. Darüber hinaus kann das lithiumhaltige Übergangsmetalloxid mit einem Metall wie Aluminium (Al) oder einem Metalloxid beschichtet sein. Ferner können neben dem lithiumhaltigen Übergangsmetalloxid auch Sulfide, Selenide und Halogenide verwendet werden.
  • Wenn es sich beispielsweise bei der Elektrode um eine negative Elektrode handelt, schließen besondere Beispiele für das aktive Material der negativen Elektrode, das in der Schicht aus aktivem Material enthalten ist, Folgendes ein: Kohlenstoff, wie nicht graphitisierbarer Kohlenstoff oder Kohlenstoff auf Graphitbasis; Metallverbundoxide, wie LixFe2O3 (0 ≤ x ≤ 1), LixWO2 (0 ≤ x ≤ 1) und SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, Elemente der Gruppe 1, 2 oder 3 des Periodensystems, Halogen; 0 < x ≤ 1; 1 ≤ y ≤ 3; 1 ≤ z ≤ 8); Lithiummetall; Lithiumlegierung; Legierung auf Siliziumbasis; Legierung auf Zinnbasis; Siliziumoxide, wie SiO, SiO/C und SiO2; Metalloxide, wie SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4 und Bi2O5; leitfähige Polymere, wie Polyacetylen; Materialien vom Typ Li-Co-Ni oder dergleichen.
  • Die Elektrode nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann Folgendes einschließen: einen Stromsammler; und eine Schicht aus aktivem Material, die auf mindestens einer Oberfläche des Stromsammlers angeordnet ist und eine Region ist, die durch Aufschichten einer Aufschlämmung aus aktivem Material, die ein aktives Material, ein leitfähiges Material und ein Bindemittel enthält, und einen nicht beschichteten Abschnitt, der keine Schicht aus aktivem Material aufweist.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Elektrode eine positive Elektrode sein, und das aktive Material kann ein aktives Material für positive Elektroden sein. In diesem Fall kann der Stromsammler der positiven Elektrode eine Dicke von etwa 3-50 µm aufweisen. Der Stromsammler für die positive Elektrode ist nicht besonders begrenzt, solange er eine hohe Leitfähigkeit aufweist und keine chemische Veränderung in der entsprechenden Batterie verursacht. Besondere Beispiele für den Stromsammler der positiven Elektrode schließen Edelstahl, Aluminium, Nickel, Titan, gebackenen Kohlenstoff, Aluminium oder Edelstahl ein, der mit Kohlenstoff, Nickel, Titan, Silber oder Ähnlichem oberflächenbehandelt ist. Darüber hinaus können auf der Oberfläche des Stromsammlers feine Oberflächenunregelmäßigkeiten ausgebildet sein, um die Bindungskraft mit dem aktiven Material der positiven Elektrode zu erhöhen. Der Stromsammler kann in verschiedenen Formen verwendet werden, einschließlich eines Films, eines Blattes, einer Folie, eines Netzes, eines porösen Körpers, eines geschäumten Körpers, eines Vliesgewebes oder dergleichen. Darüber hinaus wird nach der vorliegenden Offenbarung das in der Schicht aus aktivem Material enthaltene leitfähige Material im Allgemeinen in einer Menge von 0,2-5 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Mischung einschließlich des aktiven Materials der positiven Elektrode, hinzugefügt. Das leitfähige Material ist nicht besonders begrenzt, solange es Leitfähigkeit aufweist und keine chemische Veränderung in der entsprechenden Batterie verursacht. Besondere Beispiele für das leitfähige Material schließen Folgendes ein: Graphit, wie beispielsweise Naturgraphit oder künstlicher Graphit; Ruß, wie beispielsweise Acetylenschwarz, Ketjenschwarz, Kanalschwarz, Ofenschwarz, Lampenschwarz oder Wärmeschwarz; leitfähige Fasern, wie beispielsweise Kohlenstofffasern oder Metallfasern; Fluorkohlenstoff; Metallpulver, wie beispielsweise Aluminium- oder Nickelpulver; leitfähige Whisker, wie beispielsweise Zinkoxid oder Kaliumtitanat; leitfähiges Metalloxid, wie beispielsweise Titandioxid; leitfähiges Material, wie beispielsweise ein Polyphenylenderivat; oder dergleichen. Darüber hinaus ist das in der Schicht aus aktivem Material enthaltene Bindemittel ein Bestandteil, der die Bindung zwischen dem aktiven Material und dem leitfähigen Material sowie die Bindung an den Stromsammler unterstützt, und wird im Allgemeinen in einer Menge von 0,2-5 Gew.-% basierend auf dem Gesamtgewicht der Aufschlämmung einschließlich des aktiven Materials der positiven Elektrode hinzugefügt. Besondere Beispiele für das Bindemittel schließen Polyvinylidenfluorid, Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose (CMC), Stärke, Hydroxypropylcellulose, regenerierte Cellulose, Polyvinylpyrrolidon, Tetrafluorethylen, Polyethylen, Polypropylen, Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM), sulfoniertes EPDM, Styrol-Butadien-Kautschuk, Fluorkautschuk, verschiedene Copolymere oder dergleichen ein.
  • Wenn es sich beispielsweise um eine negative Elektrode handelt, ist der Stromsammler für die negative Elektrode nicht besonders begrenzt, solange er eine hohe Leitfähigkeit aufweist und gleichzeitig keine chemische Veränderung in der entsprechenden Batterie verursacht. Besondere Beispiele für Stromsammler für die negative Elektrode schließen Kupfer, rostfreien Stahl, Aluminium, Nickel, Titan, gebackenen Kohlenstoff, Kupfer oder rostfreien Stahl ein, das/der mit Kohlenstoff, Nickel, Titan, Silber oder dergleichen oberflächenbehandelt ist. Darüber hinaus kann der Stromsammler der negativen Elektrode im Allgemeinen eine Dicke von 3-50 µm aufweisen. Ähnlich wie bei dem Stromsammler der positiven Elektrode können auf der Oberfläche des Stromsammlers Unregelmäßigkeiten ausgebildet sein, um die Bindungskraft mit dem aktiven Material der negativen Elektrode zu verstärken. Der Stromsammler der negativen Elektrode kann zum Beispiel in verschiedenen Formen verwendet werden, einschließlich eines Films, eines Blattes, einer Folie, eines Netzes, eines porösen Körpers, eines geschäumten Körpers, eines Vliesgewebes oder dergleichen. Außerdem sind das leitfähige Material und das Bindemittel, die in der Schicht aus aktivem Material enthalten sind, die gleichen wie oben in Bezug auf die positive Elektrode beschrieben.
  • In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung der Elektrode bereitgestellt, das die folgenden Schritte einschließt:
    • Auftragen einer Aufschlämmung für eine Elektrodenschicht auf mindestens eine Oberfläche eines Stromsammlers in der Art und Weise, dass ein nicht beschichteter Abschnitt am oberen Endabschnitt benachbart zu einem Ende des Stromsammlers gebildet werden kann, gefolgt von Trocknen, um eine Elektrodenschicht zu bilden;
    • Pressen des Stromsammlers, auf dem die Elektrodenschicht ausgebildet ist; und
    • Entfernen eines gleitenden Abschnitts der am Grenzabschnitt gebildeten Elektrodenschicht zu dem nicht beschichteten Abschnitt nach dem Pressen.
  • Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung der Elektrode anhand von 3 detailliert erläutert.
  • Zunächst wird eine Aufschlämmung für eine Elektrodenschicht auf mindestens eine Oberfläche eines Stromsammlers 11 in der Art und Weise aufgebracht, dass am oberen Endabschnitt, der an ein Ende des Stromsammlers 11 angrenzt, ein nicht beschichteter Abschnitt 13 gebildet werden kann, und dann getrocknet, um eine Elektrodenschicht 12 zu bilden. Die Elektrodenschicht 12 ist in der Region, die mit dem unbeschichteten Abschnitt 13 verbunden ist, mit einem gleitenden Abschnitt S versehen, und der gleitende Abschnitt S erstreckt sich bis zu dem Endabschnitt der Elektrodenschicht, der den unbeschichteten Abschnitt berührt, während die Höhe der Elektrodenschicht 12 im Vergleich zur Höhe des mittleren Abschnitts abnimmt.
  • Anschließend wird der Stromsammler, der die Elektrodenschicht aufweist, gepresst. Hierin kann jeder beliebige Prozess verwendet werden, solange es sich um einen Prozess handelt, der für herkömmliche Elektroden durchgeführt wird. Es ist möglich, die Dicke der Elektrodenschicht durch den Prozess des Pressens auf eine gewünschte Stufe zu bringen.
  • Dann, nach dem Pressen, wird der gleitende Abschnitt S der Elektrodenschicht, der an der Grenze zwischen dem unbeschichteten Abschnitt, d. h. dem Abschnitt des Stromsammlers ohne Elektrodenschicht, und dem Stromsammler gebildet wird, entfernt. Der gleitende Abschnitt erstreckt sich von jedem der beiden Enden des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht und bezieht sich auf einen Abschnitt, d.h. einen geneigten Abschnitt, in dem die Dicke allmählich in Richtung des nicht beschichteten Abschnitts ohne Elektrodenschicht abnimmt.
  • Der gleitende Abschnitt kann durch die Verwendung verschiedener herkömmlicher Ätzprozesse entfernt werden, solange diese Prozesse keine physikalischen/chemischen Veränderungen in der verbleibenden Elektrodenschicht verursachen.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der gleitende Abschnitt durch Laserablation entfernt werden.
  • Hierin bezieht sich die Laserablation auf die Konzentration von Laserstrahlen auf eine Probe, indem ein Hochleistungspulslaser verwendet wird, um den lichtkonzentrierten Abschnitt zu entfernen. Unter Bezugnahme auf 3 kann der gleitende Abschnitt durch eine solche Laserablation entfernt werden.
  • Die Laserablation kann unter Verwendung eines Femtosekundenlasers durchgeführt werden.
  • Der Femtosekundenlaser ist ein Laser, der einen sehr kurzen Puls von mehreren hundert fs (10-15 Sek.) aufweist. Wenn eine derart kurze Impulsbreite und eine hohe Spitzenleistung des Femtosekundenlasers für die Laserbearbeitung verwendet werden, ist die Zeit der eingestrahlten Laserpulse kürzer als die thermische Diffusionszeit eines zu bearbeitenden Materials, was eine nicht-thermische Bearbeitung ermöglicht, die keine thermische Verschlechterung des Materials verursacht. Darüber hinaus erreicht der Femtosekundenlaser eine hohe Spitzenleistung bei relativ geringerer Energie im Vergleich zum herkömmlichen Dauerstrich- oder Nanosekundenlaser. Dadurch wird eine zu bearbeitende Elektrode weniger belastet, was eine ultrapräzise Feinbearbeitung ermöglicht, und feine Risse oder Gratbildung in der Elektrode können entfernt werden. Außerdem gibt es keine Stoßwellen und keine Verzerrung der Oberfläche.
  • Wenn die Laserablation durchgeführt wird, um eine Degradation der Qualität und Funktion der Elektrode zu verhindern, wie oben aufgeführt, kann die Ausgangswellenlänge der Laserstrahlen 500-1080 nm oder 800-1030 nm betragen. Darüber hinaus kann die Wiederholungsrate der Laserstrahlen 300-1000 kHz betragen, und der Ausgang kann 10-100 W betragen. Wenn die Zustände bei der Verarbeitung die oben definierten Bereiche überschreiten, ist es schwierig, den Prozess zu steuern, und daher kann der Stromsammler der Elektrode aufgelöst werden. Wenn die Zustände unterhalb der oben definierten Bereiche liegen, besteht das Problem darin, dass die Elektrodenschicht am gleitenden Abschnitt nicht entfernt werden kann.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der gleitende Abschnitt der Elektrodenschicht nach dem Pressen oder nach dem Pressen und Einkerben entfernt werden.
  • Mit anderen Worten, der gleitende Abschnitt der Elektrodenschicht kann entfernt werden, nachdem eine Aufschlämmung für eine Elektrodenschicht auf den Stromsammler aufgebracht und anschließend getrocknet wurde, um die Elektrodenschicht zu bilden, und dann ein Press-Prozess zum Erreichen einer vorbestimmten Höhe der Elektrodenschicht ausgeführt wurde, oder nachdem der Prozess zum Pressen ausgeführt wurde und dann ein Einkerbschritt zum Umformen des nicht beschichteten Abschnitts in einen Fahnenabschnitt durchgeführt wurde.
  • Unter Bezugnahme auf 7 wird die Elektrode 10 nach dem Stand der Technik durch Auftragen einer Aufschlämmung für eine Elektrodenschicht auf mindestens eine Oberfläche eines Stromsammlers 11 in der Art und Weise erhalten, dass ein nicht beschichteter Abschnitt 13 an dem oberen Abschnitt in der Nähe eines Endes des Stromsammlers 11 gebildet werden kann, gefolgt von einer Trocknung, um eine Elektrodenschicht 12 mit einem gleitenden Abschnitt S zu bilden. Hierin kann der nicht beschichtete Abschnitt 13 durch Einkerben zu einem Fahnenabschnitt geformt werden. Dann wird ein Ätzprozess, wie beispielsweise die Laserablation, durchgeführt, um eine Elektrode 20 zu erhalten, die eine Elektrodenschicht 22, von der der gleitende Abschnitt auf einer Oberfläche des Stromsammlers 11 entfernt ist, und einen nicht beschichteten Abschnitt einschließt, der auch als Fahnenabschnitt 13 fungiert, der sich von der Elektrodenschicht aus erstreckt.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann beim Entfernen des gleitenden Abschnitts der Elektrodenschicht der gleitende Abschnitt bis zu 10 mm von der Elektrodenschicht von der Grenze zwischen dem Endabschnitt des gleitenden Abschnitts und dem unbeschichteten Abschnitt entfernt werden, bevor der gleitende Abschnitt entfernt wird.
  • Nach dem Entfernen des gleitenden Abschnitts auf bis zu 10 mm der Elektrodenschicht von der Grenze zwischen dem Endabschnitt des gleitenden Abschnitts und dem nicht beschichteten Abschnitt vor dem Entfernen des gleitenden Abschnitts ist es möglich, die Haftung zwischen der Elektrode und einem Separator am Endabschnitt zu verbessern.
  • Nach dem Entfernen des gleitenden Abschnitts durch Laserablation kann der Unterschied in der Dicke zwischen dem mittleren Abschnitt der Elektrodenschicht und dem Endabschnitt davon 3 µm oder weniger betragen, oder die Neigung des Endabschnitts der Elektrodenschicht kann 80-90° betragen, wobei sich die Neigung des Endabschnitts auf einen Winkel bezieht, der zwischen der Oberfläche des Stromsammlers und einer geraden Linie gebildet wird, die einen Grenzpunkt, an dem der Endabschnitt der Elektrodenschicht den Stromsammler berührt, mit einem Wendepunkt verbindet, an dem die Höhe des mittleren Abschnitts beginnt, sich zu verringern und mit dem Endabschnitt verbunden ist.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann, wenn im Endabschnitt der Elektrodenschicht oder dergleichen nach der Durchführung der Laserablation (Laserätzen) ein Ätzrückstand verbleibt, ferner ein Schritt zur Entfernung des Ätzrückstands nach dem Entfernen des gleitenden Abschnitts unter Verwendung der Laserablation durchgeführt werden. Die Ätzrückstände können zum Beispiel entfernt werden, indem man mit einem Kompressor Luft in die Endregion der Elektrodenschicht bläst oder dergleichen.
  • In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Sekundärbatterie bereitgestellt, die eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordneten Separator einschließt, wobei die positive Elektrode oder die negative Elektrode die gleiche Elektrode ist, wie sie nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung definiert ist.
  • Es gibt keine besonderen Einschränkungen für den Separator, der in Kombination mit der Elektrode gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet wird. Der Separator wird zwischen der positiven und der negativen Elektrode positioniert, um sie voneinander zu trennen, und schließt einen isolierenden dünnen Film ein, der eine hohe Ionendurchlässigkeit und mechanische Festigkeit aufweist. Man kann jeden beliebigen Separator verwenden, solange es sich um einen Separator handelt, der allgemein für eine Sekundärbatterie verwendet wird. Besondere Beispiele für den Separator schließen einen porösen Polymerfilm ein, wie beispielsweise einen porösen Polymerfilm aus Ethylen-Homopolymer, Propylen-Homopolymer, Ethylen/Buten-Copolymer, Ethylen/Hexen-Copolymer, Ethylen/Methacrylat-Copolymer oder dergleichen, oder eine laminierte Struktur aus zwei oder mehr Schichten solcher porösen Polymerfilme. Darüber hinaus kann ein herkömmliches poröses Vliesgewebe, wie beispielsweise ein Vliesgewebe aus hochschmelzenden Glasfasern, Polyethylenterephthalatfasern oder dergleichen, verwendet werden.
  • Darüber hinaus kann ein mit anorganischen Partikeln, einem Bindemittelpolymer oder einer Mischung aus anorganischen Partikeln und einem Bindemittelpolymer beschichteter Separator verwendet werden, um die Hitzebeständigkeit und mechanische Festigkeit zu gewährleisten, optional in Form einer Monoschichtstruktur oder einer Mehrschichtstruktur. Ferner kann ein fester Elektrolyt, wie beispielsweise ein Polymer, der als Elektrolyt verwendet wird, auch als Separator fungieren.
  • 8 ist eine schematische Schnittansicht, die die Elektrodenanordnung nach dem Stand der Technik veranschaulicht, und 9 ist eine schematische Schnittansicht, die die Elektrodenanordnung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • Unter Bezugnahme auf 8 und 9 schließt die Elektrodenanordnung 30 gemäß dem Stand der Technik einen Separator 33 ein, der zwischen einer positiven Elektrode 31 und einer negativen Elektrode 32 angeordnet ist, die einen gleitenden Abschnitt S der Elektrodenschicht aufweisen. Die Elektrodenanordnung 40 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt ihrerseits einen Separator 43 ein, der zwischen einer negativen Elektrode 42 und einer positiven Elektrode 41 angeordnet ist, die eine Elektrodenschicht aufweisen, von der der gleitende Abschnitt entfernt ist und die eine Neigung des Endabschnitts der Elektrodenschicht von 80-90° aufweist.
  • Im Vergleich zu 8 wird in der Elektrodenanordnung gemäß 9 das Gleiten verbessert, um eine verbesserte Haftung zwischen dem Separator und der Elektrode bereitzustellen, ein Umkehrphänomen des Kapazitätsgleichgewichts (N/P-Gleichgewicht) zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode zu verhindern und eine Überspannung zu vermeiden, so dass Ablagerungen und Nebenreaktionen am Endabschnitt oder oberen Abschnitt verhindert werden.
  • Insbesondere die Hemmung von Überspannungen ist ein Phänomen, das sich aus der Verbesserung der engen Haftung zwischen einer Elektrode und einem Separator und einer Verringerung des physischen Abstands zwischen einer positiven und einer negativen Elektrode ergibt. Wenn ein Gradient in der Lithiumionenkonzentration zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode erzeugt wird und die Lithiumionenkonzentration abnimmt, wird die Ionenleitfähigkeit verringert, was zu einem Anstieg des Widerstands und der Erzeugung einer Überspannung führt.
  • 10 ist eine schematische Schnittansicht, welche die Elektrode nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • Unter Bezugnahme auf 10 ist die Elektrode 50 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit einer Elektrodenschicht 52 versehen, die auf einem Stromsammler 51 angeordnet ist, und der Endabschnitt 52e der Elektrodenschicht weist eine Neigung des Endabschnitts von 80-90° auf. Darüber hinaus kann der Endabschnitt 52e der Elektrodenschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Wesentlichen mit einer flachen Oberfläche (geätzte Oberfläche) bereitgestellt werden, die durch Laserablation (Laserätzen) entfernt wurde.
  • 11 ist eine schematische Schnittansicht, welche die Elektrode nach dem Stand der Technik veranschaulicht. Nach dem Stand der Technik kann der gleitende Abschnitt des Endabschnitts einer Elektrode durch Anwendung mechanischer Kraft entfernt werden, zum Beispiel durch Anbringen eines Klebebandes an dem gleitenden Abschnitt und Abreißen desselben. Mit anderen Worten ist die Elektrode 60 gemäß dem Stand der Technik mit einer Elektrodenschicht 62 versehen, die auf einem Stromsammler 61 angeordnet ist, aber der Endabschnitt 62e der Elektrodenschicht wird durch Abreißen mit Hilfe des Klebebandes entfernt. Infolgedessen richtet sich die Form des nach dem Reißen im Endabschnitt 62e verbliebenen aktiven Materials direkt auf den Endabschnitt, sodass der Endabschnitt im Wesentlichen Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweist.
  • Nach der vorliegenden Offenbarung kann die Sekundärbatterie eine Lithiumsekundärbatterie sein, einschließlich einer Lithiummetallsekundärbatterie, einer Lithiumionensekundärbatterie, einer Lithiumpolymersekundärbatterie oder einer Lithiumionenpolymersekundärbatterie.
  • ART DER AUSFÜHRUNG
  • Beispiele werden im Folgenden ausführlicher beschrieben, sodass die vorliegende Offenbarung leicht zu verstehen ist. Die folgenden Beispiele können jedoch in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden und sollten nicht als auf die darin dargelegten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt verstanden werden. Vielmehr werden diese beispielhaften Ausführungsformen bereitgestellt, damit die vorliegende Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Fachleuten den Umfang der vorliegenden Offenbarung vollständig vermittelt.
  • Beispiel 1
  • LiCoO2 als aktives Material für die positive Elektrode, Ruß und Polyvinylidenfluorid (PVDF) wurden in einem Gewichtsverhältnis von 98:1:1 in N-Methylpyrrolidon (NMP) eingeführt und darin vermischt, um eine positive Elektrodenaufschlämmung zuzubereiten. Dann wurde die positive Elektrodenaufschlämmung mit einer Menge von 18,7 mg/cm2 basierend auf dem Trockengewicht auf einen Stromsammler aus Aluminiumfolie aufgebracht und anschließend getrocknet, um eine positive Elektrodenschicht zu bilden, und der Stromsammler mit der positiven Elektrodenschicht wurde auf eine Elektrodendichte von 4,0 g/cm3 gepresst. Nach dem Pressen wurde eine Femtosekunden-Laservorrichtung verwendet, um den gleitenden Abschnitt der Elektrodenschicht, der sich am Grenzabschnitt mit dem nicht beschichteten Abschnitt gebildet hatte, unter den Bedingungen einer Wellenlänge von 1030 nm, einer Wiederholungsrate von 200 kHz und einer Leistung von 3 W zu entfernen. Auf diese Art und Weise wurde eine positive Elektrode mit einer Neigung des Endabschnitts der positiven Elektrodenschicht von 87° hergestellt, nachdem der gleitende Abschnitt entfernt worden war. Hierin bezieht sich die Neigung des Endabschnitts der positiven Elektrodenschicht auf einen Winkel, der durch einen Grenzpunkt gebildet wird, an dem der Endabschnitt der positiven Elektrodenschicht den Stromsammler berührt, zwischen der Tangente in Kontakt mit dem Endabschnitt und einer Oberfläche des Stromsammlers, die der positiven Elektrodenschicht zugewandt ist.
  • Dann wurden 96 Gewichtsteile künstlicher Graphit als aktives Material für die negative Elektrode, 0,5 Gewichtsteile Acetylenschwarz als leitfähiges Material, 1,0 Gewichtsteile Carboxymethylcellulose (CMC) als Verdickungsmittel und 2,5 Gewichtsteile Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) als Bindemittel hinzugefügt und mit Wasser vermischt, um eine Aufschlämmung der negativen Elektrode zuzubereiten. Als nächstes wurde die negative Elektrodenaufschlämmung auf einen Stromsammler aus Kupfer (Cu) in einer Menge von 10,1 mg/cm2 basierend auf dem Trockengewicht aufgebracht und anschließend getrocknet, um eine negative Elektrodenschicht zu bilden, und der Stromsammler mit der negativen Elektrodenschicht wurde auf eine Elektrodendichte von 1,7 g/cm3 gepresst. Nach dem Pressen wurde eine Vorrichtung mit einem Femtosekundenlaser verwendet, um den gleitenden Abschnitt der negativen Elektrodenschicht, der sich am Grenzabschnitt mit dem nicht beschichteten Abschnitt gebildet hatte, unter den Bedingungen einer Wellenlänge von 1070 nm, einer Wiederholungsrate von 500 kHz und einer Ausgangsleistung von 10 W zu entfernen. Auf diese Weise wurde eine negative Elektrode mit einer Neigung des Endabschnitts der negativen Elektrodenschicht von 87° hergestellt, nachdem der gleitende Abschnitt entfernt worden war. Hierin bezieht sich die Neigung des Endabschnitts der negativen Elektrodenschicht auf einen Winkel, der durch einen Grenzpunkt gebildet wird, an dem der Endabschnitt der negativen Elektrodenschicht den Stromsammler berührt, zwischen der Tangente in Kontakt mit dem Endabschnitt und einer Oberfläche des Stromsammlers, die der negativen Elektrodenschicht zugewandt ist.
  • Danach werden die Elektroden mit einem Separator gestapelt, die so entstandene Struktur wurde in ein beutelartiges Batteriegehäuse eingeführt, und ein Elektrolyt wurde hineingespritzt, um eine Batterie herzustellen. Der Elektrolyt wurde zubereitet, indem Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Ethylpropionat und Propylpropionat in einem Gewichtsverhältnis von 2:1:2,5:4,5 gemischt und LiPF6 in einer Konzentration von 1,2 M eingeführt wurde.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • LiCoO2 als aktives Material für die positive Elektrode, Ruß und PVDF wurden in einem Gewichtsverhältnis von 98:1:1 in NMP eingeführt und darin vermischt, um eine positive Elektrodenaufschlämmung zuzubereiten. Dann wurde die positive Elektrodenaufschlämmung mit einer Menge von 18,7 mg/cm2 basierend auf dem Trockengewicht auf einen Stromsammler aus Aluminiumfolie aufgebracht und anschließend getrocknet, um eine positive Elektrodenschicht zu bilden, und der Stromsammler mit der positiven Elektrodenschicht wurde auf eine Elektrodendichte von 4,0 g/cm3 gepresst, um eine positive Elektrode zu erhalten. Hierin betrug die Neigung des Endabschnitts der positiven Elektrodenschicht 60°.
  • Dann wurden 96 Gewichtsteile künstlicher Graphit als aktives Material für die negative Elektrode, 0,5 Gewichtsteile Acetylenschwarz als leitfähiges Material, 1,0 Gewichtsteile Carboxymethylcellulose (CMC) als Verdickungsmittel und 2,5 Gewichtsteile Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) als Bindemittel hinzugefügt und mit Wasser vermischt, um eine Aufschlämmung der negativen Elektrode zuzubereiten. Als nächstes wurde die negative Elektrodenaufschlämmung auf einen Stromsammler aus Kupfer (Cu) in einer Menge von 10,1 mg/cm2 basierend auf dem Trockengewicht aufgebracht und anschließend getrocknet, um eine negative Elektrodenschicht zu bilden, und der Stromsammler mit der negativen Elektrodenschicht wurde auf eine Elektrodendichte von 1,7 g/cm3 gepresst, um eine negative Elektrode zu erhalten. Hierin betrug die Neigung des Endabschnitts der negativen Elektrodenschicht 60°.
  • Danach werden die Elektroden mit einem Separator gestapelt, die so entstandene Struktur wurde in ein beutelartiges Batteriegehäuse eingeführt, und ein Elektrolyt wurde hineingespritzt, um eine Batterie herzustellen. Der Elektrolyt wurde zubereitet, indem Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Ethylpropionat und Propylpropionat in einem Gewichtsverhältnis von 2:1:2,5:4,5 gemischt und LiPF6 in einer Konzentration von 1,2 M eingeführt wurde.
  • <Bewertung der Eigenschaften des Zyklus bei Raumtemperatur>
  • Die Batterie nach Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 wurde bei 2,0 C im Konstantstrommodus (CC) auf 4,45 V und im Konstantspannungsmodus (CV) auf einen Ladeschlussstrom von 0,005 C geladen und bei 1 C im Konstantstrommodus auf 3 V entladen. Ein solcher Lade-/Entladezyklus wurde 500 Mal wiederholt (500 Zyklen), und die Kapazitätserhaltung bei jedem Zyklus wurde bewertet. Das Ergebnis ist in 12 dargestellt. Der Test wurde bei Raumtemperatur (25 °C) durchgeführt.
  • Der Kapazitätserhalt jeder Batterie wurde aus dem Ergebnis nach der folgenden Formel berechnet:
    • Kapazitätserhalt nach N-tem Zyklus (%) = (Kapazität bei N-tem Zyklus/Anfangskapazität) x 100 (wobei N 2-500 ist)
  • Unter Bezugnahme auf 12 ist zu erkennen, dass die Batterie nach Beispiel 1 hervorragende Zykluseigenschaften aufweist und selbst nach 500 Lade-/Entladezyklen eine Kapazitätserhaltung von etwa 93 % oder mehr im Vergleich zur anfänglichen Kapazität beibehält, während die Batterie nach Vergleichsbeispiel 1 nach 500 Lade-/Entladezyklen einen Rückgang der Kapazitätserhaltung auf eine Stufe von 85 % aufweist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 1020210187849 [0002]

Claims (5)

  1. Elektrode, umfassend: einen Stromsammler; und eine Elektrodenschicht, die auf mindestens einer Oberfläche des Stromsammlers angeordnet ist, und einen nicht beschichteten Abschnitt, der keine Elektrodenschicht aufweist, wobei der Vertikalschnitt der Elektrodenschicht mit einem mittleren Abschnitt der Elektrodenschicht und einem Endabschnitt versehen ist, der sich von jeder der beiden Seiten des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht erstreckt und in Kontakt mit dem Stromsammler steht, während die Höhe des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht abnimmt, die Elektrodenschicht eine Neigung des Endabschnitts von 80-90° aufweist und die Neigung des Endabschnitts sich auf einen Winkel bezieht, der durch einen Grenzpunkt gebildet wird, an dem der Endabschnitt der Elektrodenschicht den Stromsammler berührt, zwischen der Tangente in Kontakt mit dem Endabschnitt und einer Oberfläche des Stromsammlers, die der Elektrodenschicht zugewandt ist.
  2. Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenschicht eine Neigung des Endabschnitts von 85-90° aufweist.
  3. Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenschicht eine Länge des Endabschnitts von 10 mm oder weniger aufweist, sich die Länge des Endabschnitts auf einen Abstand zwischen einem senkrecht nach unten weisenden Punkt des Startpunkts der Neigung zum Stromsammler und einem Grenzpunkt bezieht, an dem der Endabschnitt der Elektrodenschicht den Stromsammler berührt, und der Anfangspunkt der Neigung eine Position auf dem Endabschnitt ist, die zum ersten Mal einen spitzen Winkel von 10° oder mehr aufweist, wenn der spitze Winkel gemessen wird, der durch eine Verlängerungslinie des mittleren Abschnitts der Elektrodenschicht und die Tangentenlinie auf dem Endabschnitt entlang des vom mittleren Abschnitt verlängerten Endabschnitts gebildet wird.
  4. Sekundärbatterie, die die in einem der Ansprüche 1 bis 3 definierte Elektrode umfasst.
  5. Sekundärbatterie nach Anspruch 4, die eine Lithiumsekundärbatterie ist.
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