CN110462885A - 用于圆柱形卷芯的条形电极以及包含其的锂二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于圆柱形卷芯中的条状电极和包含其的锂二次电池，其中条状电极组件卷绕成圆柱形以在其核心部形成空腔，所述条状电极包括：条状电极集流体；形成在所述条状电极集流体的至少一个表面上的第一电极活性材料层；以及形成在第一电极活性材料层上的第二电极活性材料层，其中，第二电极活性材料层所形成的长度小于第一电极活性材料层的长度，使得第一电极活性材料层的长度方向上的一个表面的一部分可以暴露于外部。

Description

用于圆柱形卷芯的条形电极以及包含其的锂二次电池
技术领域
本申请要求于2017年11月9日在韩国提交的韩国专利申请第10-2017-0148955号的优先权，通过援引将其公开内容并入本文。
本公开涉及一种用于圆柱形卷芯(jelly roll)的条状电极以及包含其的锂二次电池。
背景技术
随着对移动设备的技术开发和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求日益增加。在这些二次电池中，已经对具有高的能量密度和放电电压的锂二次电池进行了许多研究，并且这种锂二次电池已经商品化并被广泛使用。
根据电池壳体的形状，将二次电池分为电极组件分别容纳在圆柱形或棱柱形金属罐中的圆柱形电池和棱柱形电池，以及电极组件容纳在由铝层压板制成的袋型壳体中的袋型电池。
另外，容纳在电池壳体中的电极组件是能够充电/放电并且包括正极/隔膜/负极的堆叠结构的发电装置。这种电极组件大致分为：卷芯型，其通过在涂覆有活性材料的长条状正极和负极之间设置隔膜并将它们卷绕起来而形成；堆叠型，其通过将具有预定尺寸的多个正极和负极以及置于正极和负极之间的隔膜堆叠起来而形成；以及堆叠折叠型，其通过卷绕具有长隔膜的堆叠型单元电芯而形成。其中，卷芯型电极组件的优点在于，其最容易制造，并且单位重量的能量密度高。
在卷芯电极组件中，将包含条状正极、条状隔膜和条状负极的堆叠体的条状电极组件卷绕成圆柱形等。
同时，由于最近要求高容量特性，因此需要提供高负载电极。当将这种高负载电极应用于圆柱形电池时，在核心部的电极涂层上发生开裂，从而引起严重的问题。
发明内容
[技术问题]
本公开旨在提供一种条状电极以及包含其的锂二次电池，所述电极解决了在圆柱形卷芯的核心部的电极涂层中可能发生的开裂问题，同时防止锂二次电池的性能劣化。
[技术方案]
根据本公开的第一实施方式，提供了一种用于圆柱形卷芯的条状电极，所述卷芯包括卷绕成圆柱形从而在其核心部形成空腔的条状电极组件，所述条状电极包括：条状电极集流体；形成在所述条状电极集流体的至少一个表面上的第一电极活性材料层；以及形成在所述第一电极活性材料层上的第二电极活性材料层，其中，第二电极活性材料层所形成的长度小于第一电极活性材料层的长度，使得第一电极活性材料层的长度方向上的一个表面的一部分可以暴露于外部。
根据本公开的第二实施方式，提供了如第一实施方式中所限定的条状电极，其中，第一电极活性材料层所形成的长度小于所述条状电极集流体的长度，使得所述条状电极集流体的长度方向上的一个表面的一部分可以暴露于外部。
根据本公开的第三实施方式，提供了如第一或第二实施方式中所限定的条状电极，其中，第一电极活性材料层的厚度与第二电极活性材料层的厚度之比为1:9至7:3。
根据本公开的第四实施方式，提供了如第一至第三实施方式中任一项所限定的条状电极，其中，第一电极活性材料层的厚度与第二电极活性材料层的厚度之比为3:7至6:4。
根据本公开的第五实施方式，提供了一种锂二次电池，其包括具有卷绕成圆柱形从而在核心部形成空腔的条状电极组件的圆柱形卷芯，其中，所述条状电极组件具有包含依次堆叠的条状正极、条状隔膜和条状负极的结构，并且所述条状正极或条状负极是第一至第四实施方式中任一项所限定的条状电极。
根据本公开的第六实施方式，提供了如第五实施方式中所限定的锂二次电池，其中，所述圆柱形卷芯卷绕的方式使得所述条状电极组件的露出第一电极活性材料层的部分位于所述圆柱形卷芯的核心部。
根据本公开的第七实施方式，提供了如第五或第六实施方式中所限定的锂二次电池，其还包括***所述圆柱形卷芯的核心部的中心销轴(pin)。
根据本公开的第八实施方式，提供了如第五至第七实施方式中任一项所限定的锂二次电池，其中，第一电极活性材料层的暴露于外部的表面的长度是所述中心销轴的圆周长度的1至3倍。
根据本公开的第九实施方式，提供了如第五至第八实施方式中任一项所限定的锂二次电池，其中，第一电极活性材料层和第二电极活性材料层各自包含粘合剂，并且包含在第一电极活性材料层中的粘合剂和包含在第二电极活性材料层中的粘合剂的重量比为90:10至60:40。
根据本公开的第十实施方式，提供了如第五至第九实施方式中任一项所限定的锂二次电池，其中，所述条状电极是条状正极。
[有益效果]
本公开的条状电极具有至少两个面积不同的、形成有活性材料的电极活性材料层。另外，条状电极的位于圆柱形卷芯的核心部的部分，例如在中心销轴的圆周上卷绕1-3次的条状电极部分，具有较小的厚度。因此，可以减少圆柱形卷芯的核心部处的负载量和压制率。结果，可以防止位于圆柱形卷芯的核心部的条状电极的开裂。
另外，在本公开的条状电极中，除了厚度相对较小的部分之外的部分因高负载而具有相对较大的厚度。因此，可以满足最近对具有高容量特性的二次电池的需求。
此外，根据本公开的实施方式，在高负载型条状电极中，可以在电极集流体和电极活性材料层之间提供优异的粘合力，同时保持锂二次电池的优异导电性。
附图说明
附图示出了本公开的优选实施方式，并且与前述公开一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不应被解释为局限于附图。
图1是示出相关技术的具有一个电极活性材料层的条状电极的示意性截面图。
图2是示出相关技术的具有一个电极活性材料层的条状电极的示意性俯视图。
图3是示出本公开实施方式的具有两个电极活性材料层的条状电极的示意性截面图。
图4是示出本公开实施方式的具有两个电极活性材料层的条状电极的示意性俯视图。
图5是示出本公开另一实施方式的具有三个电极活性材料层的条状电极的示意性截面图。
图6是示出本公开另一实施方式的具有三个电极活性材料层的条状电极的示意性俯视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般含义和词典含义，而是应基于允许发明人适当地定义术语以进行最佳解释的原则，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。
因此，本文提出的描述仅是用于说明目的的优选示例，并非旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其进行其他等同替换和修改。
图1和图2是示出相关技术的具有一个电极活性材料层的条状电极的示意性截面图和示意性俯视图。
参考图1和图2，在条状电极集流体11上形成有厚度均匀的单个电极活性材料层12。当随后使用条状电极10来形成圆柱形卷芯时，在对应于圆柱形卷芯的核心部的部分，电极活性材料层可能发生开裂。在具有更厚的电极活性材料层的高负载电极的情况下，这种问题趋于变得更加严重。
图3和图4是示出本公开实施方式的具有两个电极活性材料层的条状电极的示意性截面图和示意性俯视图。
参考图3和图4，本公开实施方式的条状电极100用于圆柱形卷芯，所述卷芯包括卷绕成圆柱形以在其核心部形成空腔的条状电极组件，条状电极100包括：条状电极集流体110；形成在条状电极集流体110的至少一个表面上的第一电极活性材料层120；以及形成在第一电极活性材料层120上的第二电极活性材料层130，其中，第二电极活性材料层130所形成的长度小于第一电极活性材料层120的长度，导致第一电极活性材料层120的长度方向上的一个表面的一部分暴露于外部。
根据本公开，由于条状电极具有两个电极活性材料面积不同的电极活性材料层，因此可以提供在位于圆柱形卷芯核心部的条状电极部分形成较小涂覆厚度的电极活性材料层。因此，可以减少圆柱形卷芯的核心部处的负载量和压制率，从而防止核心部的开裂。
根据本公开的实施方式，第一电极活性材料层120所形成的长度可以小于条状电极集流体110的长度，使得条状电极集流体110的长度方向上的一个表面的一部分可以暴露于外部。然后，电极极耳可以附着到条状电极集流体110的暴露于外部的表面。
同时，根据本公开的另一实施方式，第一电极活性材料层120的厚度与第二电极活性材料层130的厚度所形成的比例可以为1:9至7:3，或3:7至6:4。当第一电极活性材料层所形成的厚度过小而低于上述范围时，电极活性材料层的涂覆加工性可能不合需要地降低。当第一电极活性材料层所形成的厚度过大而超过上述范围时，防止圆柱形卷芯的核心部处开裂的效果可能不合需要地降低。
同时，第一电极活性材料层和第二电极活性材料层的总厚度可以类似于常规电极活性材料层的厚度。更特别地，电极活性材料层的总厚度可以为10-300μm。
另外，条状电极可以是正极或负极，并且优选是使用高负载量活性材料的电极。具有高负载活性材料的电极可以是正极。
这里，形成电极组件的正极、负极和隔膜可以使用用于制造锂二次电池的成分通过常规方法来制造。
根据本公开的实施方式，正极可以通过在正极集流体上以形成台阶的方式形成第一正极活性材料层和第二正极活性材料层来获得。换句话说，分别制备包含正极活性材料、粘合剂、导电材料和溶剂的第一正极活性材料层用浆料，和包含正极活性材料、粘合剂、导电材料和溶剂的第二正极活性材料层用浆料，将第一正极活性材料层用浆料涂覆到电极集流体上，然后干燥并压制，然后将第二正极活性材料层用浆料以使得第二电极活性材料层的长度小于第一电极活性材料层的长度的方式涂覆到第一正极活性材料层上，然后干燥并压制。以这种方式，获得正极。
正极集流体没有特别限制，只要其不引起相应电池中的化学变化并且具有导电性即可。正极集流体的非限制性实例可包括：不锈钢；铝；镍；钛；焙烧碳；或用碳、镍、钛或银表面处理过的铝或不锈钢；等等。
另外，正极活性材料可包括由以下化学式1表示的锂过渡金属氧化物：
[化学式1]
Li(NiaCobMnc)O2
其中，0.55≤a≤0.9，0.05≤b≤0.22，0.05≤c≤0.23，且a+b+c＝1。
正极活性材料的常见实例包括Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2、Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2或Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2。
除了由化学式1表示的锂过渡金属氧化物之外，正极活性材料可以包括选自以下中的至少一种化合物：锂锰氧化物(例如LiMnO2、LiMn2O4等)、锂钴氧化物(例如LiCoO2等)、锂镍氧化物(例如LiNiO2等)、锂镍锰氧化物(例如LiNi1-YMnYO2(其中，0<Y<1)、LiMn2-zNizO4(其中，0<Z<2)等)、锂镍钴氧化物(例如，LiNi1-Y1CoY1O2(其中，0<Y1<1)等)、锂锰钴氧化物(例如LiCo1-Y2MnY2O2(其中，0<Y2<1)、LiMn2-z1Coz1O4(其中，0<Z1<2)等)和锂镍钴过渡金属(M)氧化物(例如Li(Nip2Coq2Mnr3MS2)O2(其中，M选自由Al、Fe、V、Cr、Ti、Ta、Mg和Mo组成的组，并且p2、q2、r3和s2各自表示各元素的原子比例，满足0<p2<1，0<q2<1，0<r3<1，0<s2<1，且p2+q2+r3+s2＝1))。
这种正极活性材料可包括LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2或锂镍钴铝氧化物(例如，Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2等)。
基于正极浆料中固体组分的总重量，正极活性材料的含量可以为80重量％至99重量％，特别是93重量％至98重量％。当正极活性材料的用量为80重量％以下时，能量密度降低，因此使容量降低。
粘合剂是有助于活性材料和导电材料之间的粘合以及与集流体的粘合的组分。通常，基于正极浆料中固体组分的总重量，粘合剂的添加量可以为1重量％至30重量％。粘合剂的具体实例可以包括聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、苯乙烯-丁二烯橡胶、氟橡胶或各种共聚物等。
根据本公开的实施方式，包含在第一正极活性材料层中的粘合剂和包含在第二正极活性材料层中的粘合剂可以以90:10至60:40的重量比使用。在为了获得正极而将正极浆料涂覆到集流体上并进行干燥时，粘合剂可能迁移。例如，分布在正极浆料底部(即，集流体附近)的粘合剂可以朝着正极表面(即，远离集流体)的方向迁移。结果，在正极集流体与正极活性材料层粘合的位置处的粘合剂含量减少，从而导致正极活性材料层与正极集流体之间的粘附力降低。在正极的活性材料负载量高、因此活性材料层的厚度更大的情况下，上述问题变得严重。因此，根据本公开的实施方式，第一正极活性材料层可包含相对较大量的粘合剂。然而，由于第二正极活性材料层并不存在于在长度方向上露出的第一正极活性材料层上，因此粘合剂的迁移相对受限，因此如此大量的粘合剂保留在第一正极活性材料层中。结果，在长度方向上露出的第一正极活性材料层中，粘合剂起到电阻的作用，从而导致电池的导电性降低。根据本公开的实施方式，为了在正极集流体和正极活性材料层之间提供所需水平的粘合性的同时防止第一正极活性材料层的电阻过度增加，第一正极活性材料层中的粘合剂含量和第二正极活性材料层中的粘合剂含量可以在90:10至60:40(重量计)的范围内。
导电材料没有特别限制，只要其不引起相应电池中的化学变化并且具有导电性即可。导电材料的非限制性实例包括：碳粉，例如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑或热裂法碳黑；石墨粉，例如天然石墨、人造石墨或晶体结构生长良好的石墨；导电纤维，例如碳纤维或金属纤维；金属粉末，例如氟碳粉末、铝粉末和镍粉末；导电晶须，例如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，例如氧化钛；或者例如聚亚苯基衍生物等导电材料。
基于正极浆料中固体组分的总重量，导电剂的添加量通常为1重量％至30重量％。
可以使用可商购的导电材料，例如乙炔黑(可从Chevron Chemical公司、Gulf Oil公司等获得)、Denka黑(Denka Singapore Private Limited)、科琴黑EC(可从Armak公司获得)、Vulcan XC-72(可从Cabot公司获得)或Super P(可从Timcal公司获得)等。
溶剂可以包括有机溶剂，例如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且其用量可以使得当向其中加入正极活性材料以及可选的粘合剂和导电材料时能够提供期望的粘度水平。例如，溶剂的量可使得正极浆料中的包括正极活性材料以及可选的粘合剂和导电材料在内的固体含量为10重量％至70重量％，例如20重量％至60重量％。
根据本公开的实施方式，负极可以通过在负极集流体上以形成台阶的方式形成第一负极活性材料层和第二负极活性材料层来获得。换句话说，分别制备包含负极活性材料、粘合剂、导电材料和溶剂的第一负极活性材料层用浆料，和包含负极活性材料、粘合剂、导电材料和溶剂的第二负极活性材料层用浆料，将第一负极活性材料层用浆料涂覆到电极集流体上，然后干燥并压制，然后将第二负极活性材料层用浆料以使第二负极活性材料层的长度小于第一负极活性材料层的长度的方式涂覆到第一负极活性材料层上，然后干燥并压制。以这种方式，获得负极。
负极集流体通常具有3μm至500μm的厚度。负极集流体没有特别限制，只要其具有高导电性且不引起相应电池中的任何化学变化即可。负极集流体的具体实例包括：铜、不锈钢、铝、镍、钛、烧制碳，或者用碳、镍、钛、银表面处理过的铜或不锈钢，或者铝-镉合金等。此外，与正极集流体类似，负极集流体可具有细微的表面粗糙度，以提高与负极活性材料的结合强度，并且可以以各种形状使用，例如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体和无纺布体等。
此外，负极活性材料可包括选自由锂金属、能够可逆地嵌入/脱嵌锂离子的碳材料、金属或金属与锂的合金、金属复合氧化物、能够掺杂/去掺杂锂的材料和过渡金属氧化物组成的组的至少一种。
能够可逆地嵌入/脱嵌锂离子的碳材料可以包括通常用于锂离子二次电池中的任何碳类负极活性材料而没有特别限制。碳材料的典型实例包括结晶碳和/或无定形碳。结晶碳的具体实例包括石墨，例如不规则、平面、薄片、球形或纤维状的天然石墨或人造石墨，并且无定形碳的具体实例包括软碳(低温烧结碳)或硬碳、中间相沥青碳化物或烧制焦炭等。
金属或金属与锂的合金的具体实例包括选自由Cu、Ni、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Si、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Al和Sn组成的组的金属，以及这种金属与锂的合金。
可以使用的金属复合氧化物选自由以下组成的组：PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、Bi2O5、LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)以及SnxMe1- xMe'yOz(其中，Me是Mn、Fe、Pb、Ge；Me'是Al、B、P、Si、元素周期表中第1、2或3族元素、卤素；并且0<x≤1；1≤y≤3；且1≤z≤8)。
能够掺杂/去掺杂锂的材料可包括Si、SiOx(0<x<2)、Si-Y合金(其中，Y是选自由碱金属、碱土金属、第13族元素、第14族元素、过渡金属、稀土元素及其组合组成的组的元素，除了Si)、Sn、SnO2或Sn-Y(其中，Y是选自由碱金属、碱土金属、第13族元素、第14族元素、过渡金属、稀土元素及其组合组成的组中的元素，除了Sn)等。可将这些材料中的至少一种与SiO2组合使用。元素Y可以选自由Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Pb、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、Sn、In、Ti、Ge、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te、Po及其组合组成的组。
粘合剂是有助于导电材料、活性材料和集流体之间的粘合的组分。通常，基于负极浆料中固体组分的总重量，粘合剂的添加量可以为1重量％至30重量％。粘合剂的具体实例包括聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、苯乙烯-丁二烯橡胶、氟橡胶或其各种共聚物等。
根据本公开的实施方式，第一负极活性材料层中的粘合剂含量和第二负极活性材料层中的粘合剂含量可以为90:10至60:40。与正极相似，在为了获得负极而将负极浆料涂覆到集流体上并进行干燥时，粘合剂可能迁移。例如，分布在负极浆料底部(即，集流体附近)的粘合剂可以朝着负极表面(即，远离集流体)的方向迁移。结果，在负极集流体与负极活性材料层粘合的位置处的粘合剂含量减少，从而导致负极活性材料层与负极集流体之间的粘附力降低。在负极的活性材料负载量高、因此活性材料层的厚度更大的情况下，上述问题变得严重。因此，根据本公开的实施方式，第一负极活性材料层可包含相对较大量的粘合剂。然而，由于第二负极活性材料层并不存在于在长度方向上露出的第一负极活性材料层上，因此粘合剂的迁移相对受限，因此如此大量的粘合剂保留在第一负极活性材料层中。结果，在长度方向上露出的第一负极活性材料层中，粘合剂起到电阻的作用，从而导致电池的导电性降低。根据本公开的实施方式，为了在负极集流体和负极活性材料层之间提供所需水平的粘合性的同时防止第一负极活性材料层的电阻过度增加，第一负极活性材料层中的粘合剂含量和第二负极活性材料层中的粘合剂含量可以在90:10至60:40(重量计)的范围内。
导电材料是用于进一步提高负极活性材料的导电性的组分，并且基于负极浆料的固体组分的总重量，其添加量可以为1重量％至20重量％。导电材料没有特别限制，只要其不引起相应电池中的化学变化并且具有导电性即可。导电材料的具体实例包括：碳粉，例如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑或热裂法碳黑；石墨粉，例如天然石墨、人造石墨或晶体结构生长良好的石墨；导电纤维，例如碳纤维或金属纤维；金属粉末，例如氟碳粉末、铝粉末或镍粉末；导电晶须，例如氧化锌或钛酸钾；导电金属氧化物，例如氧化钛；或者例如聚亚苯基衍生物等导电材料。
溶剂可以包括水或有机溶剂，例如NMP或醇等，并且其用量可以使得当向其中添加负极活性材料以及可选的粘合剂和导电材料时能够提供所需的粘度水平。例如，溶剂可以使得负极浆料中的包括负极活性材料以及可选的粘合剂和导电材料在内的固体含量为50重量％至75重量％，优选50重量％至65重量％。
另外，可以使用的隔膜包括目前用作隔膜的常规多孔膜，例如由聚烯烃类聚合物(包括乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物，或者乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物)制成的多孔聚合物膜，并且这种多孔聚合物膜可单独使用或以堆叠的形式使用。另外，可以使用常规的多孔非织造网，例如由高熔点玻璃纤维或聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维等制成的非织造网，而没有特别限制。
过渡金属氧化物可包括含锂的钛复合氧化物(LTO)、钒氧化物或锂钒氧化物等。
基于负极浆料中固体组分的总重量，负极活性材料的使用量可以为80重量％至90重量％。
另外，第一电极活性材料层和第二电极活性材料层可包括相同的成分或不同的成分。
在本公开的另一方面，电极组件可以使用三个以上电极活性材料层而不是如上所述的两个电极活性材料层来形成。在开裂改善效果不会受到不利影响的前提下，可以根据作为卷绕核心部件的中心销轴的曲率来适当选择具有不同长度的多个电极活性材料层。在这种情况下，多个电极活性材料层的总厚度可以类似于普通电极活性材料层的厚度。更具体地，电极活性材料层的总厚度可以是10-300μm。
例如，参考图5和图6，从条状电极集流体110开始，依次形成三个电极活性材料层120、130、140。形成在最外部的第三电极活性材料层140的长度小于第三电极活性材料层下面的第二电极活性材料层130的长度。在这种情况下，位于圆柱形卷芯的核心部的条状电极部分中的电极活性材料层也可具有相对较小的涂覆厚度。因此，可以防止核心部的开裂。
在本公开的另一方面，提供了一种包括圆柱形卷芯的锂二次电池，所述圆柱形卷芯包含卷绕成圆柱形以在核心部形成空腔的条状电极组件，其中，所述条状电极组件具有将条状正极、条状隔膜和条状负极依序堆叠的结构，并且条状正极或条状负极是如本公开中所限定的条状电极。
这里，圆柱形卷芯以如下方式卷绕：使得条状电极组件的露出第一电极活性材料层的部分位于圆柱形卷芯的核心部。
以这种方式，可以减少核心部处的负载量和压制率，从而防止核心部的开裂和锂二次电池性能的劣化。
这里，正极极耳附着到圆柱形卷芯的正极，并且通常位于电池罐的顶端，以连接到用于密封电池罐的盖组件。负极极耳附着到负极，以连接到电池罐的底端。
同时，锂二次电池还可包括***圆柱形卷芯的核心部的中心销轴。中心销轴的直径没有特别限制。根据一个实施方式，中心销轴的直径可以为0.5mm-5.0mm。
这里，第一电极活性材料层的暴露在外的表面的长度可以是中心销轴的圆周长度的1-3倍。如本文所用，“中心销轴的圆周长度”是指当中心销轴具有圆柱体形状并且沿水平方向切割该圆柱体时形成圆柱体横截面的圆的圆周长度。当第一电极活性材料层的暴露在外的表面的长度小于中心销轴的圆周长度的1倍时，仅包含第一电极活性材料的电极部分的长度变得过小，使得电极部分不能充分包围中心销轴。在这种情况下，还包括第二电极活性材料层的电极部分包围中心销轴并位于核心部，因此不能充分获得改善核心部的开裂的效果。此外，当第一电极活性材料层的暴露在外的表面的长度大于中心销轴的圆周长度的3倍时，单位面积的容量低的部分(即，仅包括第一电极活性材料层的电极部分)的长度变得过大，从而导致电池容量不合需要地降低。
同时，将圆柱形卷芯和电解液容纳于电池罐中。
可根据本公开使用的电解液是溶解或解离于有机溶剂(包括碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、二甲基亚砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氢呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸乙甲酯(EMC)、γ-丁内酯或其组合)中的具有A+B-结构的盐，其中A+包括Li+，B-包括阴离子(例如，PF6 -、BF4 -、Cl-、Br-、I-、ClO4 -、AsF6 -、CH3CO2 -、CF3SO3 -、N(CF3SO2)2 -、C(CF2SO2)3 -或其组合)。然而，本公开不限于此。电解液的注入可根据最终产品的制造过程和最终产品所需的性能，在制造电池的过程中在适当的步骤中进行。换句话说，电解液的注入可以在电池组装之前或在电池组装的最后步骤中进行。
发明的实施例
在下文中，将更全面地描述实施例，使得可以容易地理解本公开。然而，以下实施例可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所述的示例性实施方式。相反，提供这些示例性实施方式使得将本公开彻底和完整，并且将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。
实施例1
制备第一正极活性材料层用浆料
以94:3:2.7的重量比准备作为正极活性材料的LiNi0.6Co0.2Mn0.2(LG Chem,HN601A)、作为导电材料的炭黑(Denka，SB50L)、作为聚合物粘合剂的PVDF(Kureha，KF7200)。将PVDF溶解在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮中以形成粘合剂溶液，并将活性材料颗粒和导电材料引入该粘合剂溶液中，然后在市售的均质机中在3,000rpm下分散50分钟，以获得第一正极材料用浆料。
制备第二正极活性材料层用浆料
以96:3:0.3的重量比准备作为正极活性材料的LiNi0.6Co0.2Mn0.2(LG Chem,HN601A)、作为导电材料的炭黑(Denka，SB50L)、作为聚合物粘合剂的PVDF(Kureha，KF7200)。将PVDF溶解在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮中以形成粘合剂溶液，并将活性材料颗粒和导电材料引入该粘合剂溶液中，然后在市售的均质机中在3,000rpm下分散50分钟，以获得第二正极材料用浆料。
浆料涂覆
将第一正极活性材料层用浆料以330mg/25cm2的负载量涂布到厚度为17μm的铝箔的一个表面上，以形成第一正极活性材料层。然后，将第二正极活性材料层用浆料以330mg/25cm2的负载量涂布到第一正极活性材料层上，但第一正极活性材料层120的具有将中心销轴(其是卷绕核心部件)卷绕两次的长度的、要暴露在外的部分除外，然后进行干燥和压制。以这种方式，获得正极。第一电极活性材料层和第二电极活性材料层的厚度比为5:5，包含在第一正极活性材料层中的粘合剂与包含在第二正极活性材料层中的粘合剂的重量比为9:1。
实施例2
以与实施例1相同的方式获得正极，不同之处在于，使用正极活性材料:导电材料:粘合剂的重量比为94.75:3:2.25的组成来准备实施例1的第一正极浆料，并且使用正极活性材料:导电材料:粘合剂的重量比为96.25:3:0.75的组成来准备第二正极浆料，使包含在第一正极活性材料层中的粘合剂与包含在第二正极活性材料层中的粘合剂的重量比变为75:25(重量基准)。
实施例3
以与实施例1相同的方式获得正极，不同之处在于，使用正极活性材料:导电材料:粘合剂的重量比为96.2:3:1.8的组成来制备实施例1的第一正极浆料，并且使用正极活性材料:导电材料:粘合剂的重量比为95.8:3:1.2的组成来准备第二正极浆料，使包含在第一正极活性材料层中的粘合剂与包含在第二正极活性材料层中的粘合剂的重量比变为60:40(重量基准)。
比较例1
以与实施例1相同的方式获得正极，不同之处在于，使用正极活性材料:导电材料:粘合剂的重量比为95.2:3:1.5的组成来准备实施例1的第一正极浆料，并且使用正极活性材料:导电材料:粘合剂的比例为95.8:3:1.5的组成来准备第二正极浆料，使包含在第一正极活性材料层中的粘合剂与包含在第二正极活性材料层中的粘合剂的重量比变为50:50(重量基准)。
比较例2
以与实施例1相同的方式获得正极，不同之处在于，第一电极活性材料层120的暴露长度使得其卷绕中心销轴0.7次。
比较例3
以与实施例1相同的方式获得正极，不同之处在于，使用正极活性材料:导电材料:粘合剂的重量比为95.2:3:1.5的组成来制备正极浆料，并将浆料以660mg/25cm2的负载量涂布到厚度为17μm的铝箔的一个表面上，然后干燥并压制。
正极粘附力测试
将实施例1-3和比较例1-3的每个正极切割成15×150mm的尺寸，并且用双面胶带将正极的经涂覆的表面贴附到载玻片上以提供样品。将样品安装到万能试验机(UTM)上以测定粘附力，测量180°剥离所需的力。结果示于下表1中。
正极开裂测试
将实施例1-3和比较例1-3的每个正极卷绕在直径为2mm的棒上。接下来，用肉眼观察卷绕核心部处的正极活性材料层表面上的电极开裂或断开。结果示于下表1中。当在正极活性材料层的表面上观察到哪怕一处开裂或断开时，即确定发生开裂。当没有出现开裂时，确定为未发生开裂。
[表1]
从实施例1-3的结果可以看出，当第一电极活性材料层的暴露表面的长度能够卷绕包围中心销轴时，在核心部没有开裂现象。从比较例1可以看出，即使卷绕中心销轴的长度足够，但在第一正极活性材料层和第二正极活性材料层各自中使用相同量的粘合剂时，在干燥电极浆料时会使粘合剂向正极表面迁移，导致第一正极活性材料层中的粘合剂的比例降低并且与电极集流体的粘附力降低。结果，存在于在长度方向上露出的第一正极活性材料层中的正极活性材料颗粒可能不合需要地易于脱离。
另外，如比较例3那样，当使用单一一种电极浆料形成高负载电极时，在干燥期间粘合剂向电极表面迁移，导致粘合剂分布不均匀，从而导致电极粘附力降低。此外，在这种情况下，由于具有较大厚度的电极卷绕在具有较小直径的中心销轴上，因此在核心部发生开裂。
已详细描述了本公开。然而，应当理解，根据该详细描述，本公开范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见，因此，在示出本公开的优选实施方式的同时，仅以说明的方式给出详细描述和具体实施例。因此，本文提出的描述仅是用于说明目的的优选示例，并非旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其进行其他等同替换和修改。

Claims (10)

1.一种用于圆柱形卷芯的条状电极，所述圆柱形卷芯包括卷绕成圆柱形从而在其核心部形成空腔的条状电极组件，所述条状电极包括：
条状电极集流体；
形成在所述条状电极集流体的至少一个表面上的第一电极活性材料层；以及
形成在第一电极活性材料层上的第二电极活性材料层，
其中，第二电极活性材料层所形成的长度小于第一电极活性材料层的长度，使得第一电极活性材料层的长度方向上的一个表面的一部分暴露于外部。
2.如权利要求1所述的条状电极，其中，第一电极活性材料层所形成的长度小于所述条状电极集流体的长度，使得所述条状电极集流体的长度方向上的一个表面的一部分暴露于外部。
3.如权利要求1所述的条状电极，其中，第一电极活性材料层的厚度与第二电极活性材料层的厚度之比为1:9至7:3。
4.如权利要求1所述的条状电极，其中，第一电极活性材料层的厚度与第二电极活性材料层的厚度之比为3:7至6:4。
5.一种包括圆柱形卷芯的锂二次电池，所述圆柱形卷芯具有卷绕成圆柱形从而在核心部形成空腔的条状电极组件，
其中，所述条状电极组件具有包含依次堆叠的条状正极、条状隔膜和条状负极的结构，并且
所述条状正极或所述条状负极是权利要求1至4中任一项所述的条状电极。
6.如权利要求5所述的锂二次电池，其中，所述圆柱形卷芯卷绕成使得所述条状电极组件的露出第一电极活性材料层的部分位于所述圆柱形卷芯的核心部。
7.如权利要求5所述的锂二次电池，其还包括***所述圆柱形卷芯的核心部的中心销轴。
8.如权利要求7所述的锂二次电池，其中，第一电极活性材料层的暴露于外部的表面的长度是所述中心销轴的圆周长度的1至3倍。
9.如权利要求1所述的锂二次电池，其中，第一电极活性材料层和第二电极活性材料层各自包含粘合剂，并且包含在第一电极活性材料层中的粘合剂和包含在第二电极活性材料层中的粘合剂的重量比为90:10至60:40。
10.如权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述条状电极是条状正极。
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