电极结构和其制造方法以及包括该电极结构的二次电池与流程

本公开涉及电极结构、制造该电极结构的方法和包括该电极结构的二次电池。

背景技术：

与不可再充电的一次电池不同，二次电池是可再充电和可放电的，特别是，锂二次电池可以具有比镍镉电池或镍氢电池更高的电压和更高的比能量。尽管如此，仍然需要改善的电池材料。

技术实现要素：

提供了电极结构、制造该电极结构的方法和包括该电极结构的二次电池。

额外的方面将在下面的描述中部分地阐述且将部分自该描述明显，或者可以通过实践所给出的实施方式而获知。

根据一实施方式的一方面，一种电极结构包括：基础层，包括第一活性材料；以及多个活性材料板，提供在基础层的第一表面上并且彼此间隔开，所述多个活性材料板包括第二活性材料，其中基础层的活性材料密度小于所述多个活性材料板中的活性材料板的活性材料密度。

该电极结构还可以包括在基础层的第二表面上的电极集流体层，第二表面与基础层的第一表面相反。电极集流体层可以包括在20℃下具有约10³西门子每米至约10⁷西门子每米的电导率的金属。

第一活性材料和第二活性材料各自可以独立地包括锂金属氧化物。第一活性材料和第二活性材料可以在组成上不同，或者第一活性材料可以具有与第二活性材料相同的组成。

基于基础层的总体积，第一活性材料的体积分数可以在从约50体积百分比至约90体积百分比的范围内。基于所述多个活性材料板的总体积，第二活性材料的体积分数可以在从约80体积百分比至约100体积百分比的范围内。

基础层可以具有约5微米(μm)至约200μm的高度。

基础层可以包括第一活性材料和在20℃下具有10³至10⁷西门子每米的电导率的导电金属。所述导电金属可以包括铝(al)、铜(cu)、镍(ni)、钴(co)、铬(cr)、钨(w)、钼(mo)、银(ag)、金(au)、铂(pt)、铅(pd)或其组合。基于第一活性材料和在20℃下具有10³至10⁷西门子每米的电导率的导电金属的总体积，导电金属的体积分数可以等于或小于约30体积百分比。

所述多个活性材料板中的活性材料板可以包括从基础层起堆叠的多个活性材料层。所述多个活性材料层中的活性材料层的活性材料密度可以在远离基础层的方向上增加。

所述多个活性材料板可以限定宽度方向、长度方向和高度方向，所述多个活性材料板可以在宽度方向上彼此间隔开。相邻的活性材料板之间的距离可以大于0μm且等于或小于约50μm。所述多个活性材料板限定宽度方向、长度方向和高度方向，所述多个活性材料板可以在长度方向上彼此间隔开。

所述多个活性材料板中的至少一个可以具有与另一个活性材料板的长度不同的长度。

所述多个活性材料板中的活性材料板的宽度可以等于或大于约10μm。所述多个活性材料板中的活性材料板的高度大于所述多个活性材料板中的活性材料板的宽度。所述多个活性材料板中的活性材料板的高度可以在从约20μm至约1,000μm的范围内。

所述多个活性材料板中的活性材料板之间的通道可以延伸到基础层的第一表面或在基础层中延伸到预定深度。

垂直于所述多个活性材料板中的活性材料板的表面的方向与该活性材料板中的晶粒的取向方向之间的角度可以是约1°至约45。晶粒的所取向的晶体方向可以是<100>、<010>、<110>、<101>、<012>、<104>、<113>或<021>方向。

根据一实施方式的一方面，一种制造电极结构的方法，该方法包括：制造包括第一活性材料的第一活性材料膜和包括第二活性材料的第二活性材料膜，其中第二活性材料膜提供在第一活性材料膜的表面上；在第二活性材料膜中形成多个通道至预定深度；以及烧结第一活性材料膜和第二活性材料膜以形成基础层和基础层的第一表面上的多个活性材料板，从而制造该电极结构，其中第一活性材料膜的活性材料密度小于第二活性材料膜的活性材料密度。

该方法还可以包括在基础层的第二表面上形成电极集流体层，第二表面与基础层的第一表面相反。

所述多个通道的形成可以包括刀片冲压工艺。通过刀片冲压工艺形成的所述多个通道可以提供延伸到第一活性材料膜或在第一活性材料膜中延伸到预定深度的通道。

烧结可以包括从第一活性材料膜和第二活性材料膜去除粘结剂。

根据一实施方式的一方面，一种二次电池包括彼此间隔开的第一电极结构和第二电极结构、以及在第一电极结构和第二电极结构之间的分隔膜，其中第一电极结构包括：基础层，包括第一活性材料；和多个活性材料板，提供在基础层的第一表面上并且彼此间隔开，所述多个活性材料板包括第二活性材料，其中基础层的活性材料密度小于所述多个活性材料板中的活性材料板的活性材料密度。

第一电极结构和第二电极结构可以分别是阴极结构和阳极结构。

第一电极结构还可以包括在基础层的第二表面上的电极集流体层，第二表面与基础层的第一表面相反。

电解质可以设置在所述多个活性材料板中的活性材料板之间的通道中。通道可以延伸到基础层的第一表面或在基础层中延伸到预定深度。

基础层可以包括第一活性材料和在20℃下具有约10³西门子每米至约10⁷西门子每米的电导率的导电金属。

所述多个活性材料板中的活性材料板可以包括从基础层起堆叠的多个活性材料层。所述多个活性材料层中的活性材料层的活性材料密度可以在远离基础层的方向上增加。

附图说明

这些和/或另外的方面将由以下结合附图对实施方式的描述变得明显并且更容易理解，附图中：

图1是电极结构的一实施方式的透视图；

图2是图1的电极结构的剖视图；

图3是图2的活性材料板的内部的放大视图；

图4a至图4g是示出制造电极结构的方法的一实施方式的图；

图5是通过图4a至图4g的工艺制造的基础层和多个活性材料板的扫描电子显微镜(sem)图像；

图6a和图6b是图5中的区域a和区域b的sem图像；

图7是面积容量(毫安小时每平方厘米(mah/cm²)相对于阴极厚度(微米(μm))的曲线图，示出了将根据一实施方式的电极结构与比较电极结构进行比较的模拟结果；

图8是能量密度(瓦特小时每升(wh/l))相对于面积容量(mah/cm²)的曲线图，示出了将根据一实施方式的二次电池与包括比较电极结构的二次电池进行比较的模拟结果；

图9a和图9b是电压(伏特(v))相对于比容量(毫安小时每克(mah/g))的曲线图，分别示出了包括比较电极结构的二次电池中的半电池的比容量和包括根据一实施方式的电极结构的二次电池的半电池的比容量；

图10是电极结构的一实施方式的剖视图；

图11是电极结构的一实施方式的剖视图；

图12是电极结构的一实施方式的剖视图；

图13是电极结构的一实施方式的透视图；

图14是电极结构的一实施方式的剖视图；

图15是电极结构的一实施方式的剖视图；以及

图16是二次电池的一实施方式的剖视图。

具体实施方式

现在将详细参照实施方式，其示例在附图中示出，其中，同样的附图标记始终指同样的元件。在这方面，这里的实施方式可以具有不同的形式，并且不应被解释为限于这里阐明的描述。因此，下面仅通过参照附图来描述实施方式以说明方面。如这里所使用地，术语“和/或”包括一个或更多个相关列举项目的任何及所有组合。当诸如“中的至少一个”的表述在一列元素之后时，修饰整列元素而不修饰该列中的个别元素。

在下文中，将参照附图详细描述本公开的一个或更多个实施方式。在附图中，同样的附图标记表示同样的部件，并且为了便于说明，附图中部件的尺寸可能被夸大。本公开的实施方式能够进行各种各样的修改并且可以以许多不同的形式实施。

当一层、膜、区域或面板被称为“在”另一元件“上”时，它可以直接在所述另一层或基板上，或者也可以存在居间层。以单数使用的表述涵盖复数的表述，除非其在上下文中具有明显不同的含义。贯穿说明书，当一部分“包括”一元素时，可以进一步包括另一元素而非排除另一元素的存在，除非另行描述。

如这里使用地，特别是，这里使用的诸如“该”的术语以及与其类似的指示词可以表示单数和复数两者。而且，这里描述的所有方法的步骤可以按任何适当的顺序执行，除非这里另行指示或与上下文明显矛盾。本公开不限于所描述的步骤顺序。使用这里提供的任何和所有示例或示例语言仅旨在更好地阐明本公开，不构成对本公开范围的限制，除非另行主张。

将理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在这里可以用于描述各种各样的元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，以下讨论的“第一元件”、“部件”、“区域”、“层”或“部分”可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分而不背离这里的教导。

此外，这里可以使用诸如“下方”或“底部”和“上方”或“顶部”的关系术语来描述如图中所示的一个元件的与另一元件的关系。将理解，除了图中所绘的取向之外，关系术语旨在还涵盖装置的不同取向。例如，如果附图之一中的装置被翻转，则描述为在其他元件“下”侧的元件将取向在所述其他元件“上”侧。因此，取决于附图的具体取向，示例性术语“下方”可以涵盖“下方”和“上方”两个方向。类似地，如果附图之一中的装置被翻转，则描述为“在”其他元件“之下”或“下面”的元件将取向“在”所述其他元件“之上”。因此，示例性术语“在……之下”或“在……下面”可以涵盖上方和下方两个方向。

考虑到讨论中的测量以及与特定量的测量相关联的误差(即测量系统的限制)，如这里使用的“大约”包括所陈述的值和如由本领域普通技术人员确定的对于特定值而言在可接受的偏差范围内的平均值。例如，“大约”可以意味着在一个或更多个标准偏差内，或者在所陈述的值的±30％、20％、10％或5％之内。

除非另外规定，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。还将理解，诸如在通用词典中定义的术语的术语应被解释为具有与在相关领域和本公开的背景下的它们的含义相一致的含义，并且将不在理想化的或过度形式化的意义上被解释，除非在此明确地如此界定。

这里参照剖视图描述示例性实施方式，所述剖视图是理想化实施方式的示意图。照此，将预期到作为例如制造技术和/或公差的结果的相对于图示的形状的变化。因此，这里描述的实施方式不应被解释为限于如这里示出的区域的特别形状，而是将包括例如由制造引起的形状的偏离。例如，被示出或描述为平坦的区域可以典型地具有粗糙和/或非线形的特征。而且，示出的尖角可以被圆化。因此，图中示出的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不旨在示出区域的精确形状且不旨在限制所附权利要求的范围。

高容量二次电池可以包括具有三维结构的电极。

图1是根据一实施方式的电极结构100的透视图。图2是图1的电极结构100的剖视图。

参照图1和图2，电极结构100包括电极集流体层110、在电极集流体层110上的基础层120、以及提供在基础层120上的多个活性材料板130。电极结构100可以是例如锂二次电池的阴极结构。根据一实施方式的电极结构100可以具有三维结构。电极结构100(具体地，基础层120和多个活性材料板130)可以限定宽度方向、长度方向和高度方向，并且在图1中，宽度方向、长度方向和高度方向分别被表示为x轴方向、y轴方向和z轴方向。

电极集流体层110可以包括例如阴极集流体层。电极集流体层110可以包括导电金属，例如，在20℃下具有约10³西门子每米至10⁷西门子每米的电导率的金属。例如，电极集流体层110可以包括，例如但不限于，铜(cu)、金(au)、铂(pt)、银(ag)、锌(zn)、铝(al)、镁(mg)、钛(ti)、铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、锗(ge)、铟(in)、钯(pd)或其组合。

基础层120可以提供在电极集流体层110的上表面上。基础层120可以包括第一活性材料。此外，多个活性材料板130可以提供在基础层120的上表面上，以彼此间隔开预定距离p。活性材料板130，例如，每个活性材料板130，可以包括第二活性材料。

第一活性材料和第二活性材料可以包括例如阴极活性材料。这里，第一活性材料和第二活性材料可以彼此相同或不同。第一活性材料和第二活性材料可以包括例如锂金属氧化物、锂金属磷酸盐或其组合，诸如licoo2(lco)、li[ni,co,mn]o2(ncm)、li[ni,co,al]o2(nca)、limn2o4(lmo)、lifepo4(lfp)或其组合。然而，实施方式不限于此。li[ni,co,mn]o2可以是lini1-x-ycoxmnyo2，其中0<x<1，0<y<1，0<z<1。li[ni,co,al]o2可以是lini1-x-ycoxalyo2，其中0<x<1，0<y<1，0<z<1。

基础层120可以具有比活性材料板130的活性材料密度小的活性材料密度。例如，基于基础层的总体积，基础层120中的第一活性材料的体积分数可以是约50体积百分比(vol％)至约90vol％、约55vol％至约85vol％、或约60vol％至约80vol％。然而，实施方式不限于此。基础层120可以具有例如约5微米(μm)至约200μm、或约10μm至约180μm的高度。然而，实施方式不限于此。

因为基础层120如稍后所述可以通过烧结工艺来制造，所以基础层120可以不包括粘结剂和导电材料。如上所述，当基础层120包括具有低活性材料密度的多孔材料时，基础层120中的孔如稍后所述可以用二次电池的电解质填充。

基础层120可以包括第一活性材料和导电金属，例如，第一活性材料和导电金属的复合物。这里，导电金属可以包括但不限于al、cu、ni、cr、w、mo、ag、au、pt、pd或其组合。基于第一活性材料和导电金属的总体积，例如，第一活性材料和导电金属的复合物的总体积，第一活性材料和导电金属(例如，第一活性材料和导电金属的复合物)中的第一活性材料的体积分数可以等于或小于约30vol％，但不限于此。

活性材料板130可以具有比基础层120的活性材料密度大的活性材料密度。例如，基于活性材料板130的总体积，活性材料板130中的第二活性材料的体积分数可以是约80vol％至约100vol％。然而，实施方式不限于此。因为活性材料板130如下所述可以通过烧结工艺来制造，所以活性材料板130可以不包括粘结剂和导电材料。

多个活性材料板130提供在基础层120的上表面上以彼此间隔开，从而以三维结构形成电极结构100。多个活性材料板130可以在基础层120的上表面上在宽度方向(x轴方向)上彼此间隔开预定距离p。例如，多个活性材料板130可以在宽度方向上彼此间隔开大于0且小于或等于50μm的距离p。然而，实施方式不限于上述示例。多个活性材料板130可以基本上垂直于基础层120的上表面布置，但不限于此。

多个活性材料板130中的活性材料板130，例如，多个活性材料板130中的每个，可以具有大于1:1的高宽比。即，活性材料板130可以具有大于宽度w的高度h。例如，活性材料板130的宽度w可以是约10μm或更大，活性材料板130的高度h可以是约20μm至约1,000μm。然而，实施方式不限于此，活性材料板130的宽度w和高度h可以变化。多个活性材料板130可以具有彼此相同的长度。然而，实施方式不限于此，即，多个活性材料板130中的至少一个可以具有与另一个活性材料板130的长度不同的长度。

如上所述，因为多个活性材料板130在基础层120的上表面上彼此间隔开预定距离p，所以可以在活性材料板130之间形成通道150。这里，通道150可以具有与活性材料板130之间的距离p对应的恒定的，例如，均一的宽度。通道150可以在多个活性材料板130之间的基础层120中延伸到预定深度d。基础层120中的沟道150的深度d可以变化。如稍后所述，通道150可以形成为到达，例如延伸到，基础层120的上表面。

多个活性材料板130之间的通道150可以用二次电池的电解质填充。因此，通道150和连接到通道150的基础层120中的孔可以用电解质填充。

图3示出了图2的活性材料板130的放大的内部。

参照图3，在活性材料板130中，例如，在每个活性材料板130中，第二活性材料的一个或更多个晶粒131可以在预定方向上取向。这里，一个或更多个晶粒131可以在这样的方向上取向，在该方向上活性材料板130中的锂离子可以朝向填充在通道150中的电解质移动以便提高离子电导率。晶粒131在活性材料板130中取向的方向(取向方向，l1)与垂直于多个活性材料板130中的活性材料板130的表面的方向(l2)之间的角度θ可以是约1°至约45°。在这种情况下，晶粒131的所取向的晶体方向可以是<100>、<010>、<110>、<101>、<012>、<104>、<113>或<021>方向。这里，<100>、<010>、<110>、<101>、<012>、<104>、<113>或<021>方向是晶体学中使用的米勒指数，并且表示晶格的方向。

在根据一实施方式的电极结构100中，电极的基础层120和活性材料板130如稍后所述通过烧结工艺来制造，因此，基础层120和活性材料板130可以不包括用于结合活性材料的粘结剂和用于提高可由于包括粘结剂而降低的电导率的导电材料。而且，因为三维结构通过在基础层120上将活性材料板130提供为彼此间隔开而形成，以便经由具有优秀的离子电导率的电解质引导锂离子的移动，所以可以提高离子电导率。当离子电导率提高时，活性材料板130的高度可以增加，因此，可以提高电流密度。

因为基础层120中的活性材料密度小于活性材料板130中的活性材料密度，所以锂离子的移动可以经由基础层120中的电解质被有效地引导朝向电极集流体层110，因此，可以提高离子电导率。而且，晶粒例如多个或所有晶粒131在这样的方向上取向，在该方向上活性材料板130中的锂离子可以朝向填充于通道150中的电解质移动并且可以进一步提高离子电导率。通过应用具有三维结构的电极结构100，可以实现具有高能量密度的二次电池。

图4a至图4g是示出根据一实施方式的制造电极结构的方法的图。

参照图4a，在基板205上顺序地形成低密度活性材料膜220'和高密度活性材料膜230'。基板205可以包括柔性基板，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)基板，但不限于此。低密度活性材料膜220'和高密度活性材料膜230'可以通过流延法形成。

图4b示出了通过流延法形成低密度活性材料膜220'的示例。

参照图4b，通过混合例如低密度活性材料粉末、分散剂、粘结剂、增塑剂和溶剂来制备低密度活性材料浆料220″。此外，将低密度活性材料浆料220″涂覆到正在移动的传送带50。这里，可以通过使用例如刮片将低密度活性材料浆料220″涂覆至恒定的例如均一的厚度。接下来，低密度活性材料浆料220″被加热以干燥，从而形成低密度活性材料膜220'。在低密度活性材料膜220'中，低密度活性材料粉末的颗粒通过粘结剂彼此结合。低密度活性材料粉末可以包括第一活性材料，即，阴极活性材料，用于形成稍后将描述的基础层(图4g的220)。

此外，可以以与低密度活性材料膜220'的方式相同的方式形成高密度活性材料膜230'。在高密度活性材料膜230'中，高密度活性材料粉末的颗粒通过粘结剂彼此结合。高密度活性材料粉末可以包括第二活性材料，即，阴极活性材料，用于形成稍后将描述的多个活性材料板(图4g的230)。

这里，第一活性材料和第二活性材料可以彼此相同或不同。第一活性材料和第二活性材料可以包括例如licoo2(lco)、li[ni,co,mn]o2(ncm)、li[ni,co,al]o2(nca)、limn2o4(lmo)、lifepo4(lfp)或其组合。然而，实施方式不限于此。

图4a所示的低密度活性材料膜220'和高密度活性材料膜230'可以通过在基板205的上表面上形成低密度活性材料膜220'并且在低密度活性材料膜220'的上表面上形成高密度活性材料膜230'而获得。低密度活性材料膜220'和高密度活性材料膜230'可以分开形成，并且低密度活性材料膜220'和高密度活性材料膜230'可以顺序地层叠在基板205上。这里，低密度活性材料膜220'的厚度与高密度活性材料膜230'的厚度之间的比例可以是例如约1:4，但不限于此。

接下来，参照图4c至图4e，通过刀片冲压工艺在高密度活性材料膜230'中形成多个通道。具体地，如图4c所示，具有预定宽度d1的刀片270被强行插入到高密度活性材料膜230'。这里，刀片270可以在低密度活性材料膜220'中插入至预定深度。刀片270可以被插入以到达例如延伸到低密度活性材料膜220'的上表面。

此外，当插入高密度活性材料膜230'中的刀片270被拔出时，可以在高密度活性材料膜230'中形成通道250'。在这种情况下，由于高密度活性材料膜230'的弹性恢复力，通道250'可以具有比刀片270的宽度d1小的宽度d2。

当以恒定的例如均一的间隔对高密度活性材料膜230'重复执行上述刀片冲压工艺时，如图4e所示，各自具有预定宽度d2的通道250'可以以恒定的例如均一的间隔形成在高密度活性材料膜230'中。这里，通道250'可以延伸到低密度活性材料膜220'的预定深度。通道250'可以形成为到达例如延伸到低密度活性材料膜220'的上表面。

接下来，参照图4f，在刀片冲压工艺之后，对低密度活性材料膜220'和高密度活性材料膜230'执行烧结工艺，以形成基础层220和多个活性材料板230。烧结工艺可以通过在预定温度下热处理低密度活性材料膜220'和高密度活性材料膜230'达预定时间段来执行。通过该烧结工艺，低密度活性材料膜220'和高密度活性材料膜230'中包括的粘结剂可以被去除。因此，通过从低密度活性材料膜220'去除粘结剂，可以获得包括作为低密度活性材料的第一活性材料的基础层220，通过从高密度活性材料膜230'去除粘结剂，包括作为高密度活性材料的第二活性材料的多个活性材料板230可以被获得为在基础层220的上表面上彼此间隔开。

低密度活性材料膜220'和高密度活性材料膜230'可以由于烧结工艺而收缩，因此，形成在多个活性材料板230之间的通道250，例如，形成在多个活性材料板230之间的每个通道250的宽度d3可以小于通过刀片冲压工艺形成的通道250'的宽度d2。这里，多个活性材料板230之间的通道250可以在基础层220中延伸到预定深度。通道250可以形成为到达例如延伸到基础层220的上表面。通过烧结工艺，可以获得具有低活性材料密度的基础层220和具有高活性材料密度的多个活性材料板230，并且可以获得电极的期望的平均活性材料密度。

参照图4g，在基础层220的下表面上形成电极集流体层210。电极集流体层210可以通过去除附接到基础层220的下表面的基板205、并通过例如溅射法在基础层220的下表面上沉积诸如al、ni或其组合的集流材料而形成。

图5是通过图4a至图4g的工艺制造的基础层220和多个活性材料板230的扫描电子显微镜(sem)图像。在图5中，区域a表示例如包括高密度lco的活性材料板230的一部分，区域b表示例如包括低密度lco的基础层220的一部分。这里，基础层220和多个活性材料板230使用lco作为活性材料。参照图5，阴极的厚度(例如，基础层的高度与活性材料板的高度之和)被测量为约125μm。这里，基础层220的高度与活性材料板230的高度之间的比例为约1:4。此外，活性材料板230之间的间隔(例如，通道的宽度)被测量为约1μm。

图6a和图6b是图5中的区域a和区域b的sem图像。图6a示出了包括高密度lco的活性材料板。这里，基于活性材料板的总体积，活性材料板中的lco的体积分数被测量为约92.3vol％。图6b示出了包括低密度lco的基础层。这里，基于基础层的总体积，基础层中的lco的体积分数被测量为约85vol％。

图7是示出将根据一实施方式的电极结构中的取决于电极(阴极)厚度的面积容量与比较电极结构的取决于电极(阴极)厚度的面积容量进行比较的模拟结果的曲线图。在图7中，a1表示比较电极结构，a2表示根据一实施方式的电极结构。

比较电极结构是二维电极结构并使用包括lco作为阴极的活性材料层。此外，根据一实施方式的电极结构是三维电极结构并包括阴极，其中提供了包括低密度lco的基础层和包括高密度lco且在基础层上彼此间隔开的多个活性材料板。这里，基于基础层的总体积，基础层中lco的体积分数是约85vol％，基于活性材料板的总体积，活性材料板中lco的体积分数是约92.3vol％。

参照图7，在比较电极结构中，阴极可以具有达到50μm的厚度。当阴极的厚度等于或大于预定水平时，阴极中的离子电导率会降低。在比较电极结构中，当阴极的最大厚度是约50μm时，单位面积的容量为约3.8mah/cm²。此外，在根据一实施方式的电极结构中，单位面积的容量可以随着阴极的厚度增加而提高。在根据一实施方式的电极结构中，当阴极的厚度是约124μm时，单位面积的容量是约9.3mah/cm²。如上所述，当电极结构被制造为具有根据一实施方式的三维结构时，可以提高单位面积的容量。

图8是示出将根据一实施方式的二次电池的能量密度与包括比较电极结构的二次电池的能量密度进行比较的模拟结果的曲线图。在图8中，b1表示比较二次电池，b2表示包括根据一实施方式的电极结构的二次电池。这里，二次电池具有拥有14.1毫米(mm)的直径和5.4mm的厚度的圆盘形状。

比较二次电池是锂离子电池。此外，在对其应用根据一实施方式的电极结构的二次电池中，阴极包括包含低密度lco的基础层(基于基础层的总体积，lco的体积分数是约85vol％)、以及包含高密度lco且在基础层上彼此间隔开的多个活性材料板(基于活性材料板的总体积，lco的体积分数是约92.3vol％)，阳极包括si-c复合物。

参照图8，包括根据一实施方式的电极结构的二次电池的能量密度大约是比较二次电池的能量密度的两倍。

图9a示出了其中提供比较电极结构的二次电池中的半电池的比容量，

图9b示出了其中提供根据一实施方式的电极结构的二次电池中的半电池的比容量。这里，二次电池的阳极包括锂金属。

比较电极结构是二维电极结构，其阴极包括包含lco且具有约120μm的厚度的活性材料层，其中该阴极通过烧结工艺制造。这里，所述活性材料层不包括粘结剂。此外，根据一实施方式的电极结构是三维电极结构，其阴极包括包含低密度lco的基础层(基于基础层的总体积，lco的体积分数是约85vol％)、以及包含高密度lco且在基础层上彼此间隔开的多个活性材料板(基于活性材料板的总体积，lco的体积分数是约92.3vol％)。

参照图9a和图9b，比较电极结构中的半电池比容量被测量为是约91mah/g，根据一实施方式的电极结构中的半电池比容量被测量为是约151mah/g。因此，根据一实施方式的电极结构的半电池比容量被提高为比较电极结构的半电池比容量的约1.6倍。

图10是根据一实施方式的电极结构300的剖视图。除通道350的深度以外，图10的电极结构300与图1的电极结构100相同。

参照图10，基础层120提供在电极集流体层110的上表面上，多个活性材料板130在基础层120的上表面上彼此间隔开。因此，用电解质填充的通道350可以形成在多个活性材料板130之间。这里，通道350可以具有与活性材料板130之间的距离对应的恒定的例如均一的宽度。通道350可以形成为到达例如延伸到基础层120的上表面。

图11是根据一实施方式的电极结构400的剖视图。除通道450的形状以外，图11的电极结构400与图1的电极结构100相同。

参照图11，基础层120提供在电极集流体层110的上表面上，多个活性材料板130在基础层120的上表面上彼此间隔开。因此，用电解质填充的通道450可以形成在多个活性材料板130之间。这里，通道450例如每个通道450可以形成为具有朝向基础层120减小的宽度，例如，在朝向基础层120的方向上减小的宽度。通道450可以形成为在基础层120中延伸到预定深度d。

图12是根据一实施方式的电极结构500的剖视图。除通道550的形状以外，图12的电极结构500与图1的电极结构100相同。

参照图12，基础层120提供在电极集流体层110的上表面上，多个活性材料板130在基础层120的上表面上彼此间隔开。因此，用电解质填充的通道550可以形成在多个活性材料板130之间。这里，通道550例如每个通道550的上部具有恒定的例如均一的宽度，通道550例如每个通道550的下部可以具有朝向基础层120逐渐减小的宽度，例如，在朝向基础层120的方向上逐渐减小的宽度。通道550可以形成为在基础层120中延伸到预定深度d。

图13是根据一实施方式的电极结构600的透视图。除多个活性材料板630在长度方向(y轴方向)上也隔开以外，图13的电极结构600与图1的电极结构100相同。

参照图13，基础层120提供在电极集流体层110的上表面上，多个活性材料板630在基础层120的上表面上彼此间隔开。这里，多个活性材料板630被布置为在其间沿宽度方向(x轴方向)隔开第一距离p1且沿长度方向(y轴方向)隔开第二距离p2。

第一通道651可以形成在沿宽度方向隔开的活性材料板630之间，第二通道652可以形成在沿长度方向隔开的活性材料板630之间。这里，第一通道651和第二通道652的宽度可以是但不限于大于0μm且等于或小于50μm。此外，第一通道651和第二通道652的形状可以变化。多个活性材料板630可以具有彼此相同的长度。然而，实施方式不限于此，即，多个活性材料板630中的至少一个可以具有与另一个活性材料板630的长度不同的长度。

图14是根据一实施方式的电极结构700的剖视图。在下文中，将描述电极结构700与上述实施方式的不同之处。

参照图14，电极结构700包括基础层720和在基础层720的上表面上的多个活性材料板730。基础层720可以包括第一活性材料和导电金属，例如，第一活性材料和导电金属的复合物。这里，导电金属可以包括但不限于al、cu、ni、cr、w、mo、ag、au、pt、pd或其组合。基于第一活性材料和导电金属(例如，第一活性材料和导电金属的复合物)的总体积，第一活性材料和导电金属(例如，第一活性材料和导电金属的复合物)中的第一活性材料的体积分数可以等于或小于约30vol％，但不限于此。基础层720可以具有比多个活性材料板730的活性材料密度小的活性材料密度。基础层720可以具有其中可填充电解质的孔。如上所述，基础层720除了第一活性材料之外还包括导电金属，因此也可以用作电极集流体层。

多个活性材料板730在基础层720的上表面上彼此间隔开。多个活性材料板730可以包括第二活性材料。这里，多个活性材料板730可以具有比基础层720的活性材料密度大的活性材料密度。例如，基于活性材料板730的总体积，活性材料板730中第二活性材料的体积分数可以是约80vol％至约100vol％。然而，实施方式不限于此。

因为多个活性材料板730彼此间隔开，所以可以在活性材料板730之间形成通道750。这里，通道750例如每个通道750可以具有与活性材料板730之间的距离对应的宽度。通道750可以在多个活性材料板730之间的基础层720中延伸到预定深度，或者可以形成为到达例如延伸到基础层720的上表面。通道750可以具有各种形状。

图15是根据一实施方式的电极结构800的剖视图。在下文中，将描述电极结构800与上述实施方式的不同之处。

参照图15，电极结构800包括电极集流体层810、以及顺序地提供在电极集流体层810上的基础层820和多个活性材料板830。

电极集流体层810是阴极集流体层并且可以包括导电金属。提供在电极集流体层810的上表面上的基础层820可以包括第一活性材料，该第一活性材料具有比活性材料板830的活性材料密度小的活性材料密度。此外，基础层820可以包括第一活性材料和导电金属，例如第一活性材料和导电金属的复合物，在这种情况下，基础层820也可以用作电极集流体层。因此，图15所示的电极集流体层810可以被省略。

多个活性材料板830布置在基础层820的上表面上以彼此间隔开。因为多个活性材料板830彼此间隔开，所以可以在活性材料板830之间形成通道850。通道850可以在多个活性材料板830之间的基础层820中延伸到预定深度，或者可以形成为到达例如延伸到基础层820的上表面。沟道850可以具有各种形状。

多个活性材料板830可以包括第二活性材料，该第二活性材料具有比基础层820的活性材料密度大的活性材料密度。多个活性材料板830中的活性材料板830，例如多个活性材料板830中的每个，可以包括顺序地提供在基础层820上的第一活性材料层831和第二活性材料层832。在一实施方式中，第一活性材料层831和第二活性材料层832可以每个具有在远离基础层820的方向上增大的活性材料密度。即，第二活性材料层832可以具有比第一活性材料层831的活性材料密度大的活性材料密度。

在以上描述中，活性材料板830包括两个活性材料层，例如，第一活性材料层831和第二活性材料层832，但是活性材料板830可以包括三个或更多个活性材料层。在这种情况下，所述三个或更多个活性材料层可以被布置为具有在远离基础层820的方向上增大的活性材料密度。

图16是根据一实施方式的二次电池1000的剖视图。

参照图16，二次电池1000可以具有其中堆叠多个单元结构的结构。图16示出了这样的情况，其中二次电池1000具有其中堆叠两个单元结构，例如，第一单元结构1510和第二单元结构1520的结构。

第一单元结构1510包括第一电极结构1110、提供在第一电极结构1110的上表面上的分隔膜1310、以及提供在分隔膜1310的上表面上的第二电极结构1210。这里，第一电极结构1110和第二电极结构1210可以分别是阴极结构和阳极结构。

第一电极结构1110，即，阴极结构可以具有三维结构，并且可以包括根据上述实施方式的电极结构100、200、300、400、500、600、700和800之一。因此，省略了关于第一电极结构1110的详细描述。

分隔膜1310提供在第一电极结构1110的上表面上，第二电极结构1210提供在分隔膜1310的上表面上。第二电极结构1210，即，阳极结构可以包括阳极集流体层和阳极活性材料层。

阳极集流体层可以包括导电金属。阳极活性材料层可以包括阳极活性材料和粘结剂，并且阳极活性材料层中的孔可以用电解质填充。阳极活性材料可以包括例如具有优秀的导电性的诸如锂金属的阳极活性材料，或者可以包括硅、碳或氧化物阳极。然而，实施方式不限于此。

第二单元结构1520堆叠在第一单元结构1510上。第二单元结构1520包括第二电极结构1220、提供在第二电极结构1220的上表面上的分隔膜1320、以及提供在分隔膜1320的上表面上的第一电极结构1120。这里，第一电极结构1120和第二电极结构1220分别与第一单元结构1510的第一电极结构1110和第二电极结构1210相同。因此，第一电极结构1120和第二电极结构1220可以分别是阴极结构和阳极结构。此外，第一单元结构1510的阳极集流体层和第二单元结构1520的阳极集流体层可以彼此一体地形成。

在以上描述中，二次电池1000具有其中堆叠两个单元结构，即，第一单元结构1510和第二单元结构1520的结构。然而，实施方式不限于此，二次电池可以具有其中堆叠三个或更多个单元结构的结构。

根据一实施方式，电极中包括的基础层和活性材料板通过烧结工艺来制造，因此，基础层和活性材料板可以不包括用于结合活性材料的粘结剂以及用于提高可由于包括粘结剂而劣化的电导率的导电材料。而且，因为三维结构通过在基础层上将活性材料板提供为彼此间隔开而形成，以便经由具有优秀的离子电导率的电解质引导锂离子的移动，所以可以提高离子电导率。当离子电导率提高时，可以增加活性材料板的高度，因此，可以提高电流密度。

因为基础层中的活性材料密度小于活性材料板的活性材料密度，所以锂离子的移动可以经由基础层中的电解质被有效地引导朝向电极集流体层，从而提高离子电导率。而且，晶粒例如多个或所有晶粒取向在这样的方向上，在该方向上活性材料板中的锂离子可以朝向填充于通道中的电解质移动并且可以进一步提高离子电导率。通过应用具有三维结构的电极结构，可以实现具有高能量密度的二次电池。

应理解，这里描述的实施方式应仅在描述性的意义上考虑，而不是出于限制的目的。对每个实施方式内的特征或方面的描述通常应被认为可用于其他实施方式中的其他类似特征或方面。

尽管已经参照附图描述了一个或更多个实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，可以在其中进行形式和细节上的各种改变而不背离如由所附权利要求限定的精神和范围。

本申请要求享有2018年11月20日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0143898号的优先权和权益，其内容通过引用全文合并于此。