[发明专利]具有三维结构的电极和包含其的电化学装置

说明书

本发明公开了一种具有三维结构的电极和包含所述具有三维结构的电极的电化学装置，所述具有三维结构的电极包含：多孔无纺布，所述多孔无纺布包含多根聚合物纤维；活性材料复合物，所述活性材料复合物位于所述聚合物纤维之间并具有活性材料粒子和第一导电材料；和第二导电材料，所述第二导电材料位于所述活性材料复合物的外表面上，其中通过所述聚合物纤维形成互连的多孔网络，且所述互连的多孔网络均匀地填充有所述活性材料复合物和所述第二导电材料以形成三维超晶格结构。所述电化学装置具有优异的每单位重量或体积的容量、高能量密度和高输出特性。

技术领域

本发明涉及具有三维结构的电极和包含所述具有三维结构的电极的电化学装置。

本申请要求于2017年11月8日在韩国提交的韩国专利申请10-2017-0148354号的优先权，通过参考将其公开内容并入本文中。

背景技术

近来，对诸如智能电话、平板个人电脑(PC)和高性能笔记本PC的IT电子仪器的需求日益增加。另外，作为全球变暖和资源枯竭的对策的一部分，对诸如电动车辆和智能电网的大容量电力存储系统的需求已经显著增加。因此，对包含二次电池在内的电化学装置的需求迅速增加。

特别地，锂二次电池凭借其优异的循环寿命和高能量密度而对应于最受关注的电化学装置。然而，为了满足高输出和高容量的要求，需要提供改进电化学装置以满足所述要求的措施。

关于这点，有助于电化学装置容量的电极包含金属集电器以及涂布在其上的活性材料、导电材料和粘合剂的混合物。然而，在电极的构成成分中，仅活性材料实质上有助于电化学装置的容量和能量密度。因此，已经对活性材料的各种结构和成分进行了许多研究。

然而，即使活性材料具有高理论容量，但由于其独特的低电子和离子传导性而显示出不足的可逆容量。另外，在设计电极时使用过量的导电材料以克服上述缺点。这导致与提高电池的能量密度的改善相关的严重问题。

因此，可以通过将诸如导电材料和粘合剂的添加剂最小化来增加每单位重量或体积电极的容量，并由此最终增加电化学装置的能量密度。

另外，使用由轻质材料制成的集电器代替金属集电器是有利的。在金属集电器的情况下，它在电极中占据大的重量和体积，因此成为每单位重量或体积电极的容量降低的原因之一。

此外，当使用作为导电材料发挥作用的导电性材料时，电极可以具有均匀的导电网络。这是因为在电极中的活性材料内部形成均匀的导电网络提供改善的电导率，从而改善了电化学装置的输出特性。

因此，当将诸如导电材料和粘合剂的添加剂最小化，使用由轻质材料制成的集电器代替金属集电器，并且将具有形成在其中的优良导电网络的电极应用于电化学装置时，可以实现优异的特性，如高容量、高输出和高能量密度。然而，还没有关于电极的考虑所有上述三个方面的充分研究。

发明内容

技术问题

本发明旨在解决相关技术的问题，因此本发明涉及提供满足所有三个方面的具有三维结构的电极，所述三个方面包括：将电极层中的添加剂最小化；使用由轻质材料制成的集电器；和优异的导电网络。

本发明还涉及提供包含所述具有三维结构的电极的电化学装置。

技术方案

在本发明的一个方面，提供一种具有三维结构的电极，所述具有三维结构的电极包含：

多孔无纺布，所述多孔无纺布包含多根聚合物纤维；

活性材料复合物，所述活性材料复合物位于所述聚合物纤维之间并具有活性材料粒子和第一导电材料；和

第二导电材料，所述第二导电材料位于所述活性材料复合物的外表面上，

其中通过所述聚合物纤维形成互连的多孔网络，且