[发明专利]制备具有多孔涂层的电极的方法、由此制备的电极及包含其的电化学设备

说明书

技术领域

本申请为2010年6月29日提交的第PCT/KR2010/004215号国际申请进入国家阶段，要求2009年6月30日在韩国提交的第10-2009-0058977号韩国专利申请和2010年6月29日在韩国提交的第10-2010-0061845号韩国专利申请的优先权，所述申请的全部内容引用在本说明书。

本发明涉及一种制备用于例如锂二次电池的电化学设备的电极的方法、由此形成的电极以及制备包含其的电化学设备的方法。更详细的讲，本发明涉及一种形成具有包含无机材料的多孔涂层的电极的方法、由此形成的电极以及制备包含其的电化学设备的方法。

背景技术

最近，对能量存储技术的关注逐渐增多。随着电化学设备作为能源而广泛地应用于移动电话、摄录一体机、笔记本电脑以及甚至电动车领域中，电化学设备的研究和开发变得越来越具体化。在此方面电化学设备是最受关注的领域，且其中可再充电式二次电池的开发是关注的焦点。目前研究和开发的趋势是电极和电池的新设计以改进容量密度和比能。

在目前可得的二次电池中，在1990年早期开发的锂二次电池具有比使用液态电解质的常规电池(例如Ni-MH电池、Ni-Cd电池、H₂SO₄-Pb电池等)更高的工作电压和高得多的能量密度。锂二次电池的这些特征具有优势。然而，锂二次电池也存在缺点，例如复杂的制备方法和由于使用有机电解质而产生的安全方面的问题，例如起火、爆炸等。在这种情况下，为克服锂离子电池的缺陷而开发出的锂离子聚合物电池被看作是新一代电池之一。然而，锂离子聚合物电池具有比目前的锂离子电池相对更低的电池容量，且在低温下的放电容量不足。因此，迫切需要解决锂离子聚合物电池的这些缺点。

多种电化学设备由多个厂家制备出，并各自表现出不同的安全特征。因此，评估并确保电化学设备的安全性是非常重要的。最重要的是，电化学设备在故障时不应对使用者造成任何伤害。考虑到这一点，安全规程严禁电化学设备的安全方面的事故，例如起火或冒烟。根据电化学设备的安全特征，当电化学设备过热和处于热失控时或当隔膜被刺穿时可能出现爆炸。特别地，通常用作电化学设备的隔膜的基于聚烯烃的多孔基材由于其材料特征和制备特性(例如拉伸)而在100℃以上的温度下显示出明显的热收缩性，因此阴极和阳极间可能出现短路。

为了解决以上电化学设备安全方面的问题，提出了一种电极，其中由粘合剂聚合物和过量无机颗粒的混合物制得的多孔涂层形成于具有多个孔的多孔基材的至少一个表面上。包含在多孔涂层中的无机颗粒具有高的耐热性，即使在电化学设备过热的情况下，该无机颗粒也可防止阳极和阴极间的短路。因此，具有所述电极的电化学设备可省略常规隔膜或可改进热稳定性。

具有所述多孔涂层的电极通过以下方法制备：使过量无机颗粒分散于含有溶解的粘合剂聚合物的溶液中，将所述分散溶液涂敷于电极活性物质层的外表面并随后进行干燥。为了使电化学设备能良好地运行，需要使孔均匀地分布于所述多孔涂层中。也就是说，所述多孔涂层中的过量无机颗粒应均匀地分散。为了实现均匀分散，很长时间以来，已通过在向粘合剂聚合物溶液中加入无机颗粒后使用物理搅拌、超声分散等而作了很多尝试以分散所述无机颗粒。然而，即使通过使用以上方法而均匀分散的无机颗粒在溶剂干燥过程中也发生无机颗粒彼此附聚的现象。因此，制备具有过量的均匀分散的无机颗粒的多孔涂层是非常困难的。在具有均匀分散的无机颗粒的聚合物溶液的电雾化的情况下也依然存在这种问题。

发明内容

技术问题

因此，本发明的一个目的是提供一种制备形成了含有均匀分布的孔的包含无机材料的多孔涂层的电极的方法，以替代包含无机颗粒的多孔涂层的常规电极，和由所述方法制备的电极以及包含该电极的电化学设备。

技术方案

为了实现所述目的，本发明提供了一种制备电极的方法，其包括：

(S1)制备包含金属醇盐化合物的溶胶溶液，和

(S2)通过将该溶胶溶液电发射(electroemit)至在集流体的至少一个表面上形成的电极活性物质层的外表面上而形成无机纤维的多孔无纺涂层。

在制备本发明的电极的方法中，金属醇盐化合物可包括含有硅的醇盐、含有铝的醇盐、含有钛的醇盐或其结合物。金属醇盐化合物的金属可部分地被碱金属或碱土金属(例如锂、镁、钡等)或过渡金属(例如钴、锰、铁、镍、钒等)替代。