[发明专利]具有三维网状结构形态的用于电化学装置的电极、其制造方法和包括其的电化学装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有三维网状结构形态的用于电化学装置的电极、该电极的制造方法以及包括该电极的电化学装置。

背景技术

近来，在例如卷绕式显示器、可佩戴电子装置等的多种设计中可用的柔性锂离子二次电池(flexible lithium-ion batteries)之类的柔性电化学装置的重要性日益增加。为了实现这种柔性电化学装置，需要开发构成电化学装置的柔性材料。

例如，通过在成型壳体中依次堆叠正极、隔膜和负极并然后向其中注入电解液而制造锂离子二次电池。然而，具有上述结构的电池由于缺乏物理柔性而在满足柔性电化学装置中所需的设计多样性的需求方面具有许多限制。

特别地，至于锂离子二次电池的构件当中的诸如正极或负极之类的电极，通过在集流体上涂布电极混合物来制造，其中通过将活性物质分散在颗粒状导电材料、粘合剂和溶剂的混合物中来制备电极混合物。这里，粘合剂是增加形成电极的成分之间的粘附性的必要元素。然而，粘合剂造成电极的电子导电性和能量密度降低，工艺成本高昂且生产率降低。因此，降低粘合剂用量的研究对于下一代二次电池来说是必要的。

此外，传统的电极制造方法采用在金属集流体上涂布电极混合物的方式。然而，通过该方式制造的电极具有在发生弯曲时电极层会与金属集流体分离的问题。

发明内容

【技术问题】

本发明是为了解决现有技术的上述问题而提出的，其目的在于提供柔性且能够实现高容量的具有三维网状结构的用于电化学装置的电极、该电极的制造方法以及包括该电极的电化学装置。

【技术方案】

为了实现上述目的，根据本发明的一个实施方式的用于电化学装置的电极包括：网状结构，其包括纤维素纤维和长度与厚度的比值(L/D)为50以上的导电性材料；以及分散在网状结构中的活性物质。

本发明的另一实施方式提供一种制造用于电化学装置的电极的方法，其包括：制备包括纤维素纤维、纳米纤维导电材料和活性物质的混合溶液；并将混合溶液过滤。

此外，本发明的又一个实施方式提供了一种包括上述电极的电化学装置。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明实施方式的具有三维网状结构的电极。

图2是示出制备例1中的过滤前的电极混合物的显微镜照片。

图3是使用电子显微镜观察制备例1的电极的结果。

图4是示出对制备例1的电极的胶带试验的过程的照片。

图5是使用2mm丙烯酸棒评价电极的弯曲特性的结果。

图6是用于评价被系成带状结的电极的扭转特性的电子显微镜照片。

图7是评价以5mm的间隔折叠的电极的折叠特性的结果。

图8是比较和评价单位电极面积的容量的结果。

图9是观察根据实施例1的电池的电极的横截面的结果。

图10是观察根据比较例2的电池的电极的横截面的结果。

图11是通过比较和计算电极的单位面积的容量而获得的图表。

图12是比较观测电池的循环特性的曲线图。

图13是比较观测电池的各速率下的放电特性的曲线图。

图14是在重复充放电时使用电子显微镜观察电极的结果。

图15是拍摄制造被折叠成千纸鹤形状的电池的过程的结果。

图16是将被折叠成千纸鹤形状的电池与LED灯连接并且确认LED灯是否工作的实验结果。

图17是对折叠成千纸鹤形状的电池进行的充电/放电实验的结果。

具体实施方式

以下，对本发明的具有三维网状结构的电极进行详细说明。然而，应当理解，仅以说明目的提供以下实施方式，而本发明不限于此。

在本发明中，术语“重量份”是指成分之间的重量比。

在本发明中，术语“网状结构”是成分彼此缠结以形成网的三维结构的总称。此外，术语“三维网状结构”是由成分间的网构成的网状结构所形成的具有一定厚度的立体结构的总称，例如意图包括二维网状结构堆叠成多个层的情况、网状结构本身形成具有厚度的立体结构的情况、或三维网状结构堆叠成多个层的情况。

在本发明中，术语“厚度”是指物质或粒子沿短轴方向的距离，术语“长度”是指沿长轴方向的距离。

在一个实施方式中，根据本发明的用于电化学装置的电极包括：

网状结构，其包括纤维素纤维和长度与厚度的平均比值(L/D)为50以上的导电材料；和

分散在网状结构中的活性物质。