[发明专利]电极及利用其的二次电池和电极的制备方法

说明书

本发明涉及在电极的表面层叠防短路膜来即使产生电池的过热，也能够通过防短路膜防止正极与负极之间的短路的电极及利用其的二次电池和电极的制备方法。本发明的二次电池用电极的特征在于，包括：电极集电体；活性物质层，形成于上述电极集电体；以及防短路膜，层叠于上述活性物质层，上述防短路膜由通过堆积对聚丙烯腈(PAN)进行电纺丝来获得的纳米纤维束而形成的纳米网状(nano web)的多孔性膜(Membrane)形成。

技术领域

本发明涉及在电极的表面层叠防短路膜来即使产生电池的过热，也能够通过防短路膜防止正极与负极之间的短路的电极及利用其的二次电池和电极的制备方法。

背景技术

锂二次电池通过锂离子在正极及负极中嵌入(intercalation)/脱嵌(deintercalation)时的氧化、还原反应生成电能。锂二次电池将以可逆性的方式使锂离子嵌入/脱嵌的物质用作正极和负极的活性物质，向上述正极与负极之间填充有机电解液或聚合物电解液来制备。

锂二次电池的分离膜的基本功能为通过分离正极和负极来防止短路，进而，重要的是通过吸入电池反应所需的电解液来维持高离子导电率。

包括高能源密度及大容量的锂离子二次电池、锂离子高分子电池在内的二次电池需具有相对高的工作温度范围，当持续地以高速充放电状态使用时，温度上升，因此，用于这些电池的分离膜需具有高于常规分离膜所需的耐热性和热稳定性。

通常，将聚丙烯及聚乙烯等的聚烯烃类或由陶瓷填充剂的粒子与耐热性粘结剂结合而成的多孔性陶瓷层形成的分离膜用作分离膜的材质。

在使用呈片(sheet)或膜(film)形状的聚烯烃类的情况下，当过充电时会在负极与膜之间产生翘起的空间，并且未能进入负极内侧的锂离子会堆叠于负极表面，即，负极与膜之间的翘起来的空间，从而形成以锂金属状析出的锂枝晶(dendrite)。锂枝晶可穿破膜状的隔膜来使正极与负极相接触，同时进行锂金属与电解液的副反应，由于这种反应引起的发热和气体的产生，具有电池起火、爆炸的问题。

并且，在将多孔性陶瓷层用作分离膜的情况下，当在负极或正极的活性物质浇铸陶瓷浆料来以薄膜形成时，在整体面积中以规定的厚度且无陶瓷物质脱离地均匀地形成，这要求非常高的工序精度，当通过层叠负极与正极来组装电池时，产生裂纹，若涂敷的陶瓷脱离，则陶瓷粒子成为性能下降的原因。

因此，若使用具有现有的聚烯烃类膜型或陶瓷层分离膜的锂离子电池，则由于形成在电极的表面的无气孔高分子膜层对锂离子的移动产生影响，尤其在高功率电池的情况下，可能导致电池性能下降。并且，在具有现有的暴露有负极的结构的情况下，当暴露在高温下时，随着分离膜熔化而产生短路，从而存在起火的问题。

发明内容

技术问题

本发明人发现了如下现象，即，若在负极或正极的表面作为防短路膜来形成由高分子纤维形成的多孔性膜，则电池内部温度上升，因而即使产生分离膜的收缩，防短路膜也可防止在正极与负极之间发生短路，防短路膜具有高的孔隙率和均匀的气孔分布，因而锂离子的移动不受妨碍，从而使电池性能不会下降。

并且，在电极表面形成起防短路膜作用的高分子涂敷膜的情况下，在对浇铸在负极或正极的电极集电体的电极活性物质进行压接来完成电极之后，意识到若在电极表面以电纺丝方法形成高分子涂敷膜，则因结合力差而可能产生剥离。

尤其，本发明人意识到了如下现象，即，在负极或正极的电极集电体浇铸电极活性物质之后，并且在未完全干燥且实现压接之前，在以电纺丝方法形成由高分子纤维形成的多孔性膜且实施热压接的情况下，难以在未完全干燥的电极活性物质浆料上顺畅地进行电纺丝且难以在未完全干燥的电极活性物质浆料上添加纺丝的高分子纤维，因此难以适用于批量生产工序且竞争力下降。