包括具有优异湿粘附性的绝缘层的用于锂二次电池的正极和包括其的锂二次电池的制作方法

本申请要求基于2021年7月30日递交的韩国专利申请第10-2021-0100426号和2022年7月26日递交的韩国专利申请第10-2022-0092191号的优先权权益，并且通过引用将这些韩国专利申请的全部内容并入本文中。本技术涉及一种用于锂二次电池的正极，其包括具有优异湿粘附性的绝缘层；制造其的方法、以及包括其的锂二次电池。

背景技术：

1、随着移动装置的技术得到发展和对移动装置的需求增加，对于作为电源的二次电池的需求正迅速增加，并相应地，已对可满足各种需求的电池进行了许多研究。

2、典型地，就电池形状而言，高度需要可应用于诸如移动电话和类似者之类的产品的薄棱柱形和袋型电池。此外，就材料而言，高度需要诸如能量密度、放电电压、和安全性优异的锂钴聚合物电池之类的锂二次电池。

3、有关二次电池的主要研究任务之一就是增强安全性。电池安全性相关的事故主要由因正极和负极之间的短路而达到异常高温状态导致。即，在正常形势下，由于在正极和负极之间设置了隔板，因而保持了电绝缘。另一方面，在电池进行过度充电或放电的异常形势下，发生了电极材料的枝晶生长(dendritic growth)或者由外部物质导致的内部短路，诸如钉、螺丝、和类似者之类的尖锐物体刺入电池，或者电池被外力过度变形，现有的隔板具有这些限制。

4、一般而言，由聚烯烃树脂形成的微多孔膜主要被用作隔板，但其耐热温度为约120℃至160℃，因此耐热性不足。因此，当发生内部短路时，隔板因短路反应的热量而收缩，并因此短路部分被放大，并且发生了生成大量反应热量的热失控(thermal runaway)。由于这种现象主要发生在电极的堆叠中电极集电器涂布有电极活性材料的端部处，因而已尝试降低由外部冲击或高温导致的电极短路的可能性的各种方法。

5、具体而言，为了解决电池的内部短路，已提出将绝缘性胶带附接至或者将绝缘性液体施加至电极的非涂布部和活性材料层的部分以形成绝缘层的方法。例如，存在将绝缘性粘合剂施加至正极的非涂布部和活性材料层的部分上或者施加在其中粘合剂和无机颗粒的混合物分散在溶剂中的绝缘性液体以形成涂层(在下文中，被称为绝缘层)的方法。

6、同时，实际的二次电池中的电极在液体电解质中以浸没的状态存在，并且常规的绝缘层在浸没于液体电解质中的同时表现出降低的粘附性(在下文中，被称为湿粘附性)，并因此未阻止锂离子在电极的重叠区域(overlay)中的迁移而导致容量表达(参见图1)。特别是，当容量在电极的重叠区域中表达时，锂离子可能析出，这可导致电池电芯的稳定性降低。

7、因此，需要发展一种具有优异湿粘附性的绝缘层。

技术实现思路

1、技术问题

2、本技术有关提供一种用于锂二次电池的正极，其包括具有优异湿粘附性的绝缘层；制造其的方法、以及包括其的锂二次电池。

3、技术方案

4、为了解决上述问题，本发明的一个方面提供一种用于锂二次电池的正极，其包括：集电器；形成在所述集电器的一个表面或两个表面上且包括正极活性材料、导电材料、和非水粘合剂的活性材料层；和设置在所述活性材料层一侧上的绝缘层，其中所述绝缘层由用非水溶剂置换的水性粘合剂形成。

5、在一个实施方式中，所述绝缘层可设置在所述集电器上从而所述绝缘层从所述集电器的非涂布部的部分覆盖至被施加至所述集电器上的活性材料层的部分。

6、在具体的实施方式中，所述绝缘层可设置在所述集电器上从而所述绝缘层从所述集电器的非涂布部的部分覆盖至被施加至所述集电器上的活性材料层的滑动区域的部分，并且形成的所述绝缘层的高度可从所述活性材料层的高度的10％变动至所述活性材料层的高度的50％。

7、在另一实施方式中，所述绝缘层可设置在所述集电器上从而所述绝缘层从所述集电器的非涂布部的部分覆盖至被施加至所述集电器上的活性材料层的滑动区域的部分，并且形成的所述绝缘层的高度可从所述活性材料层的高度的50％变动至所述活性材料层的高度的100％。

8、例如，所述绝缘层可具有1μm至50μm的平均厚度。

9、在一个实施方式中，所述绝缘层可进一步包括分散在所述用非水溶剂置换的水性粘合剂中的无机颗粒。此外，所述无机颗粒与所述水性粘合剂的重量比可从1：99变动至95：5。

10、所述无机颗粒可以是选自由alooh、al2o3、γ-alooh、al(oh)3、mg(oh)2、ti(oh)4、mgo、cao、cr2o3、mno2、fe2o3、co3o4、nio、zro2、batio3、sno2、ceo2、y2o3、sio2、碳化硅(sic)、和氮化硼(bn)构成的群组中的一者或多者。

11、除此之外，水性粘合剂可以是选自由苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸酯苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯橡胶、丙烯酸橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚环氧乙烷、聚乙烯基吡咯烷酮、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乙烯-丙烯-二烯共聚物、聚乙烯基吡啶、氯磺化聚乙烯、乳胶、聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、羟丙基纤维素、和二乙酰基纤维素构成的群组中的一者或多者。

12、此外，所述活性材料层的非水粘合剂可以是选自由聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯(pvdf-co-hfp,poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropene))、聚环氧乙烷(peo,poly(ethylene oxide))、聚丙烯酸(paa)、聚酰亚胺(pi)、聚酰胺酰亚胺(pai)、和聚酰亚胺-聚酰胺酰亚胺共聚物(pi-pai)构成的群组中的一者或多者。

13、在具体的实施方式中，所述非水粘合剂可以是聚偏二氟乙烯(pvdf)。此外，所述水性粘合剂可以是用非水有机溶剂置换的水性粘合剂，例如，用n-甲基-2-吡咯烷酮置换的苯乙烯-丁二烯橡胶。

14、同时，在本发明的实施方式中，所述绝缘层可具有包括用非水溶剂置换的水性粘合剂和非水粘合剂两者的组成。例如，所述绝缘层可具有以20：80至80：20或40：60至60：40的重量比包括水性粘合剂和非水粘合剂的组成。

15、本发明的另一方面提供一种包括上述的用于二次电池的正极的锂二次电池。

16、有益效果

17、根据本发明的包括具有优异湿粘附性的绝缘层的用于锂二次电池的正极以及包括其的锂二次电池的优点在于锂离子在电极的重叠区域中的迁移可因在液体电解质中具有优异湿粘附性的绝缘层而受到阻止以抑制容量表达和类似者。

技术特征：

1.一种用于锂二次电池的正极，包括：

2.根据权利要求1所述的正极，其中所述绝缘层设置在所述集电器上从而所述绝缘层从所述集电器的非涂布部的部分覆盖至被施加至所述集电器上的活性材料层的部分。

3.根据权利要求1所述的正极，其中所述绝缘层设置在所述集电器上从而所述绝缘层从所述集电器的非涂布部的部分覆盖至被施加至所述集电器上的活性材料层的滑动区域的部分，并且

4.根据权利要求1所述的正极，其中所述绝缘层设置在所述集电器上从而所述绝缘层从所述集电器的非涂布部的部分覆盖至被施加至所述集电器上的活性材料层的滑动区域的部分，并且

5.根据权利要求1所述的正极，其中所述绝缘层具有从1μm变动至50μm的平均厚度。

6.根据权利要求1所述的正极，其中所述绝缘层进一步包括分散在所述用非水溶剂置换的水性粘合剂中的无机颗粒，并且

7.根据权利要求6所述的正极，其中所述无机颗粒是选自由alooh、al2o3、γ-alooh、al(oh)3、mg(oh)2、ti(oh)4、mgo、cao、cr2o3、mno2、fe2o3、co3o4、nio、zro2、batio3、sno2、ceo2、y2o3、sio2、碳化硅(sic)、和氮化硼(bn)构成的群组中的一者或多者。

8.根据权利要求1所述的正极，其中所述水性粘合剂是选自由苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸酯苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯橡胶、丙烯酸橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚环氧乙烷、聚乙烯基吡咯烷酮、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乙烯-丙烯-二烯共聚物、聚乙烯基吡啶、氯磺化聚乙烯、乳胶、聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、羟丙基纤维素、和二乙酰基纤维素构成的群组中的一者或多者。

9.根据权利要求1所述的正极，其中所述非水粘合剂是选自由聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯(pvdf-co-hfp,poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropene))、聚环氧乙烷(peo,poly(ethylene oxide))、聚丙烯酸(paa)、聚酰亚胺(pi)、聚酰胺酰亚胺(pai)、和聚酰亚胺-聚酰胺酰亚胺共聚物(pi-pai)构成的群组中的一者或多者。

10.根据权利要求1所述的正极，其中所述非水粘合剂是聚偏二氟乙烯(pvdf)，并且所述水性粘合剂是用n-甲基-2-吡咯烷酮置换的苯乙烯-丁二烯橡胶。

11.一种锂二次电池，包括根据权利要求1至权利要求10中任一项所述的用于锂二次电池的正极。

技术总结
本技术涉及一种用于锂二次电池的正极，其包括具有优异湿粘附性的绝缘层，以及包括其的锂二次电池，并且它们的优点在于锂离子在电极的重叠区域中的迁移可因在液体电解质中具有优异湿粘附性的绝缘层而受到阻止以抑制容量表达和类似者。

技术研发人员：张星根,朴成哲,崔相雅,尹圣琇
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12