[发明专利]电极活性材料浆料、其制备方法、以及包含其的全固态二次电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2016年1月26日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0009615号的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过参考引入本文。

技术领域

本发明涉及包含两种不同种类的粘结剂的电极活性材料浆料、其制备方法、以及包含其的全固态二次电池。

背景技术

由于锂离子二次电池具有大的电化学电容、高的工作电位和优异的充放电循环特性，因此锂离子二次电池的需求已经增加，以用于移动信息终端、移动电子设备、小型家用电力储存设备、使用电动机作为动力源的摩托车、电动车、混合动力电动车等。根据用途的增加，需要锂离子二次电池具有改进的安全性和高性能。然而，由于现有锂离子二次电池使用其中锂盐溶解在有机溶剂中的非水电解质作为电解质，在150℃的温度下容易点燃，因此可能产生安全性问题。

因此，近年来，出于提高安全性的目的，已在积极研究使用包含不燃性无机材料的固体电解质的全固态二次电池。

使用固体电解质的全固态二次电池包括含有固体电解质的电解质层、以及分别包括固体电解质的阴极层和阳极层。阴极层和阳极层在电解质层的两个表面上形成，并且集流体与每个电极结合。

已经使用压缩成型方法作为全固态二次电池的制造方法。例如，压缩成型方法包括在圆筒形模具中依次添加和挤压电池的成分粉末，以及将集流体结合在阴极和阳极上。然而，压缩成型方法具有的问题在于，由于难以在电解质层上均匀地沉积阴极层，因此在阴极中不会形成均匀的电流分布，使得可能导致电流密度的偏差，这可能降低二次电池的性能。此外，由于单独地需要根据要制造的电极的面积所需的模具或设备，因此可能出现工艺的问题。

为了克服全固态二次电池的制造方法的上述问题，在现有技术中，已经报道了将其中电极活性材料与粘结剂和溶剂混合的浆料浇铸在集流体上、然后干燥、并在其上顺序层压浇铸的方法，以及将每层的电极活性材料与粘结剂和溶剂混合、随后通过浇铸形成厚膜、并层压加工使每个片粘附的方法。根据这些制造方法，可形成均匀的电极，并且增加涂覆面积，从而增加电极的面积。

然而，由于硫化系固体电解质对水分和极性材料的反应性高，当涂布现有锂二次电池中使用的粘结剂溶液时，制备电极活性材料浆料并在集流体上浇铸浆料的方法可能存在问题。因此，在制备用于制造厚膜的浆料时，需要使用不与硫化物系固体电解质反应的粘结剂和溶剂。

此外，在添加用于形成厚膜的粘结剂和溶剂时，当在集流体和电极之间形成粘附所需的粘结剂的含量少时，集流体和电极可能剥离，并且当粘结剂的含量大时，电极中的电阻可能增加，这可能降低电极性能。

因此，需要能够在减少粘结剂的含量的同时强力粘附集流体、从而优异地保持电极特性的电极浆料，以及全固态二次电池的制造方法。

发明内容

在优选的方面，本发明提供一种电极活性材料浆料，其具有改善的分散性和粘附性，以使电极活性材料与集流体强力粘附，从而优异地保持电极性能。本文使用的术语“浆料”是指包含固体内容物和液体(例如溶剂)的流体混合物，因为固体内容物可保持不溶于液体。当由固体相对于浆料总重量的重量百分比确定固体含量时，浆料可适当地具有大于大约20wt％、大于大约30wt％、大于大约40wt％、大于大约50wt％、大于大约60wt％、大于大约70wt％、大于大约80wt％、或大于大约90wt％的固体含量。优选地，本发明的浆料的固体含量在大约20～90wt％、大约30～80wt％、或大约40～70wt％的范围内。本发明的示例性浆料可适当地具有大约50～60wt％、例如大约65wt％的固体含量。

此外，本发明提供一种通过使用用量减少的粘结剂的电极活性材料浆料的制备方法。本发明还提供一种包含所述电极活性材料浆料的电极。本发明也提供包括该电极的全固态二次电池。

在一个方面，提供一种电极活性材料浆料，其包含：簇合物和浆料。特别地，簇合物可包含电极活性材料、固体电解质、导电材料和第一粘结剂，并且浆料可包含溶剂和第二粘结剂。此外，第一粘结剂可施用至电极活性材料的表面上，第二粘结剂可存在于电极活性材料之间。

第一粘结剂可适当地为平均粒径(D₅₀)为0.01μm～10μm的颗粒形式，并且第一粘结剂可为选自聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸酯共聚物、氯代聚乙烯、聚甲基丙烯酸酯、乙烯-乙烯醇共聚物、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其混合物的任何一种。