[发明专利]填充有活性物质的膜形态的阴极电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及填充有活性物质的膜形态的阴极电极及其制造方法，更详细地，本发明涉及能够在充放电时使阴极活性物质的过度体积变化最小化，提高寿命特性的填充有活性物质的膜形态的阴极电极及其制造方法。

背景技术

锂二次电池一直以来主要使用于手机、笔记本等小型便携设备中，但最近，由于预测在电动车或风力、太阳能发电的电存储装置等大型设备中利用率会高，因此正进行着活跃的研究。

特别是，在电动车或电存储装置等的用途中，由于不仅需要行使距离及使用时间长，而且对电池的耐久性要求非常高，因此难以用以往的产品来开发高容量/高寿命二次电池。

虽然主要使用锂金属和碳系材料作为二次电池的阴极材料，但是在使用锂金属作为阴极材料的情况下，如果反复充放电，则在电极面上生成树枝相(dendrite)结晶的可能性非常高，由此发生短路(short)而存在安全性低的缺点；就碳系材料而言，由于非可逆性大，因此存在初始放电效率低、容量减少的问题，在过充电时，由于在碳表面析出锂，因此很容易引起安全性问题。

最近，作为能够弥补这些问题的物质，对合金系阴极活性物质正进行活跃的研究。

特别是，Si系活性物质，其理论容量为约4400mAh/g左右，与现有的石墨系活性物质相比，具有10倍以上的高容量。然而，另一方面，在充放电时，由于出现过度的体积膨胀及收缩(相对于初始体积膨胀400％)，因此存在寿命特性及安全性弱的问题。

因此，实际情况是正对合金系阴极活性物质研究具有高容量并且使体积变化率最小化而改善寿命特性的方案。

由此，本发明人在对合金系阴极活性物质研究使体积变化率最小化的方案的过程中发现，在将被制成纳米粒子的阴极活性物质填充至具有一定水平的机械强度的多孔性膜的细孔中，并将其用作阴极电极时，能够在充放电时使活性物质的体积变化最小化，提高寿命特性，从而完成了本发明。

发明内容

技术课题

因此，本发明所要解决的课题是提供填充有活性物质的膜形态的阴极电极，所述活性物质能够在充放电时使阴极活性物质的体积变化率最小化，提高寿命特性。

此外，本发明所要解决的另一课题是提供填充有活性物质的膜形态的阴极电极的制造方法，该活性物质能够在充放电时使阴极活性物质的体积变化率最小化，提高寿命特性。

解决课题的方法

为了解决上述课题，本发明提供一种阴极电极，其包含多孔性膜基材、及填充至上述多孔性膜基材的细孔中的阴极活性物质纳米粒子。

此外，所述多孔性膜基材的细孔中可以以单独或混合的方式进一步填充有粘合剂或导电助剂。

上述多孔性膜基材的细孔优选具有0.01至10μm的直径。

作为上述阴极活性物质，优选为合金系阴极活性物质，作为上述粘合剂，优选从由PVDF(聚偏二氟乙烯)及PI(聚酰亚胺)组成的组中选择一种以上，上述导电助剂优选从由石墨烯(grapheme)、石墨烯类似物、石墨及碳纤维组成的组中选择一种以上。

为了解决上述另一课题，本发明提供一种阴极电极的制造方法，其包含如下步骤：准备多孔性膜基材的步骤；将阴极活性物质纳米粒子分散于有机溶剂中，制造活性物质浆料的步骤；将分散于上述有机溶剂中的活性物质浆料填充至上述多孔性膜基材的细孔的步骤。

上述活性物质浆料中可以以单独或混合的方式进一步包含粘合剂或导电助剂。

为了使上述有机溶剂蒸发而均匀填充至多孔性膜的细孔中，可以进一步包括以50至150℃进行热处理的步骤。

发明效果

根据本发明的将阴极活性物质填充至多孔性膜基材的细孔中的阴极电极具有如下效果。

第一，通过在充放电时使体积变化率最小化，能够有效解决以往的由充放电时的高体积变化率引起的导电性的降低和由持续的电解液的消耗引起的急剧的寿命降低的问题。

第二，通过调节多孔性膜基材中的活性物质填充率，将活性物质的体积变化率控制为最小，保持活性物质间的导电性且使电解液分解最小化，从而不仅能够保持活性物质的特性，还能够降低电解液消耗，改善电池整体的寿命特性。

第三，由于填充到多孔性膜基材的细孔中的阴极电极是膜的形状，因此能够有效的应用于批量工艺。

附图说明

图1是表示正在填充根据本发明的一个实施方式的活性物质的多孔性膜基材的立体图。

图2是表示填充了根据本发明的一个实施方式的活性物质的多孔性膜基材的立体图。