电极、包括电极的锂电池以及制备电极的方法与流程

电极、包括电极的锂电池以及制备电极的方法
1.本技术基于2022年2月3日在韩国知识产权局提交的第10-2022-0014384号韩国专利申请并要求其优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用全部包括于此。
技术领域
2.一个或更多个实施例涉及一种电极、采用该电极的锂电池以及制备该电极的方法。


背景技术：

3.为了各种装置的小型化和高性能，除了小尺寸和轻重量特性之外，锂电池的高能量密度也正在变得更加重要。换言之，高容量锂电池正在变得重要。
4.此外，由于各种可穿戴装置的出现，具有增加的柔性的锂电池正在变得更加重要。
5.为了实现适合于这种用途的锂电池，正在研究具有柔性以及高负载的电极。
6.在具有高负载的电极中，电极内的成分的分布变得不均匀，并且电极表面附近的密度增大。因此，采用这种电极的锂电池的性能劣化。
7.需要可以防止锂电池性能劣化的电极。


技术实现要素：

8.一个或更多个实施例包括一种通过在电极活性物质层中包括通孔来防止电池性能的劣化的新型电极。
9.此外，提供了一种通过在电极内部使组成成分均匀分布来防止电池性能的劣化的新型电极。
10.一个或更多个实施例包括一种包括电极的锂电池。
11.一个或更多个实施例包括一种制备电极的方法。
12.另外的方面将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将通过描述而明显，或者可以通过实践公开的所呈现的实施例而明了。
13.根据一个或更多个实施例，电极包括：电极活性物质层，包括电极活性物质、粘结剂和多个通孔；电极集流体，布置在电极活性物质层的一个表面上或两个表面之间；以及中间层，布置在电极活性物质层与电极集流体之间，其中，电极活性物质层是自支撑膜，并且电极活性物质层的所述多个通孔延伸至中间层。
14.根据一个或更多个实施例，锂电池包括：正极；负极；以及电解质，布置在正极与负极之间，其中，正极和负极中的一个或更多个是所述电极。
15.根据一个或更多个实施例，制备电极的方法包括：通过对电极活性物质、干导电材料和干粘结剂进行干混来制备干混合物；通过轧制或挤压干混合物来制备自支撑膜；在自支撑膜中引入多个通孔；提供电极集流体，在电极集流体中，中间层布置在电极集流体的一个表面或两个表面上；以及将自支撑膜设置在电极集流体的一个表面或两个表面上，以布置电极活性物质层。
附图说明
16.通过以下结合附图进行的描述，公开的某些实施例的以上和其他方面、特征及优点将更加明显，在附图中：
17.图1a和图1b各自是根据实施例的电极的侧视图；
18.图2a和图2b各自是现有技术的电极的侧视图；
19.图3a至图3b各自是根据实施例的电极的侧视图；
20.图4是根据实施例的电极的示意图；
21.图5是根据实施例的电极的示意图；
22.图6a和图6b各自是根据实施例的电极的侧视图；
23.图7是根据实施例的电极的示意图；
24.图8是根据实施例的电极的示意图；
25.图9a至图9f各自是根据实施例的电极的平面图；
26.图10是根据实施例的电极组件的侧视图；
27.图11是根据实施例的电极组件的侧视图；
28.图12是根据实施例的电极组件的前视图；
29.图13是根据实施例的锂电池的示意图；
30.图14是根据实施例的锂电池的示意图；并且
31.图15是根据实施例的锂电池的示意图。
具体实施方式
32.现在将详细参照实施例，实施例的示例在附图中示出，其中，同样的附图标记始终指代同样的元件。就这一点而言，当前的实施例可以具有不同的形式，而不应被解释为限于这里阐述的描述。因此，下面仅通过参照附图来描述实施例，以解释本说明书的方面。如这里所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和所有组合。当诸如
“……
中的至少一个(种/者)”的表述在一列元件之后时，修饰整列元件，而不修饰该列的个别元件。
33.下文描述的本发明构思可以具有各种修改和各种实施例，将在附图中示出并且在详细描述中更充分地描述示例实施例。然而，本发明构思不应被解释为限于这里阐述的示例实施例，而应被理解为覆盖落入本发明构思的范围内的所有修改、等同物或替代物。
34.这里使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，而不旨在成为本发明构思的限制。除非在上下文中具有明显不同的含义，否则以单数使用的表述涵盖复数的表述。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或其变型或者“包括”和/或其变型时，说明存在所陈述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。如这里所使用的，“/”可以根据上下文而被解释为“和”或“或”。
35.在附图中，可以放大或夸大厚度，以清楚地示出各种层和区域。在所有附图和下面的描述中，同样的附图标记可以指代同样的元件。将理解的是，当一个元件(诸如层、膜、部分、片等)被称为“在”另一元件“上”时，所述一个元件可以直接在所述另一元件上，或者在它们之间可以存在中间元件。尽管这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但
是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。
36.如这里所使用的，术语“干”指有意地不接触溶剂(诸如处理溶剂)的状态或者有意地不包括溶剂的状态。例如，干导电材料指有意地不接触溶剂的干导电材料或有意地不包括溶剂的干导电材料。例如，干粘结剂指有意地不接触溶剂的粘结剂或有意地不包括溶剂的粘结剂。例如，在室温下处于液态而不与溶剂混合的粘结剂是干粘结剂。
37.如本说明书中所使用的，电极的长度、电极的厚度、通孔的直径、通孔的深度和通孔的表面积分别指电极的平均长度、电极的平均厚度、通孔的平均直径、通孔的平均深度和通孔的平均表面积。平均值是例如在多个点处测量的值的算术平均值。电极的长度、电极的厚度、通孔的直径、通孔的深度和通孔的表面积可以各自使用测微计测量或者通过扫描电子显微镜图像或光学显微镜图像测量。
38.如这里所使用的，术语“粒径”指当颗粒为球形时颗粒的平均直径，并且指当颗粒为非球形时颗粒的平均长轴长度。颗粒的粒径可以使用粒度分析仪(psa)测量。颗粒的“粒度”指例如平均粒度。平均粒径可以是例如中值粒径(d50)。中值粒径d50指在通过激光衍射法测量的粒度分布中从具有最小粒度的颗粒的一侧起计数对应于50％累积体积的颗粒的尺寸。
39.在下文中，将更详细地描述根据实施例的电极、包括该电极的锂电池以及制备该电极的方法。
40.根据实施例的电极包括：电极活性物质层，包括电极活性物质、粘结剂和多个通孔；电极集流体，布置在电极活性物质层的一个表面上或电极活性物质层的两个表面之间；以及中间层，布置在电极活性物质层与电极集流体之间，其中，电极活性物质层是自支撑膜(self-standing film)，并且包括在电极活性物质层中的多个通孔延伸至中间层。
41.通过在电极活性物质层与电极集流体之间布置例如具有粘结力的中间层，在电极的制备工艺期间可以在没有强压力的情况下将电极活性物质层和电极集流体层压。因此，电极集流体可以具有均匀的表面。结果，在锂电池的充/放电过程期间，可以防止由于电极活性物质层与电极集流体之间的根据电极集流体的位置的电流密度不平衡引起的局部副反应。相反，在现有技术的电极中，电极活性物质层和电极集流体会利用强压力轧制(roll-pressing)，以获得电极活性物质层与电极集流体之间的高结合力。因此，电极集流体会具有不均匀的表面。结果，在锂电池的充/放电过程期间，由于电极活性物质层与电极集流体之间的根据电极集流体的位置的电流密度不平衡引起的局部副反应会增加。
42.此外，由于电极活性物质层包括多个通孔，因此可以改善锂电池的高倍率性能。例如，当电解质溶液设置在多个通孔中时，电极与电解质溶液之间的接触面积可以增加，并且电极活性物质层内部的锂离子的传导距离可以减小。例如，多个通孔可以用作离子传导通道。因此，通过使用多个通孔，可以有效地抑制由于电极表面上的电极反应和电极内部的电极反应的不平衡引起的内部电阻的增大和高倍率性能的劣化。具体地，在包括具有增大的厚度的电极和/或其层压体的高密度电池中，可以有效地防止在高电流密度下循环特性的劣化。因此，在采用包括多个通孔的电极的锂电池中，可以降低内阻，并且可以防止高倍率性能的劣化。此外，由于电极活性物质层包括多个通孔，因此可以改善锂电池的柔性。因此，具有改善的柔性的包括这种电极的锂电池可以更适用于形状可变的装置(诸如可穿戴装置)。
43.此外，当多个通孔延伸至中间层时，可以防止电极活性物质层的最外表面与电极活性物质层的同电极集流体相邻的内侧之间的电流密度的不平衡。因此，由于防止了由于电流密度的不平衡引起的局部副反应，因此可以防止由于局部副反应引起的电极活性物质层的部分劣化和电极的劣化。因此，通过采用具有延伸至中间层的多个通孔的电极，可以改善锂电池的寿命特性。
44.在这里公开的电极中，电极集流体可以构成多个通孔的底部，因此可以阻挡多个通孔的一端。在这方面，多个通孔的底部由电极集流体形成，因此这里公开的电极可以与现有技术中通孔的底部由电极活性物质层形成的电极区分开。由于多个通孔的底部由电极集流体构成，因此可以容易地执行向与电极集流体相邻的电极活性物质层的离子传导。
45.在现有技术的电极中，通孔会通过钻孔形成在电极中，使得在形成通孔的工艺中在通孔的端部产生毛刺，或者会使电极集流体的一部分凹陷。因此，由于在与通孔相邻的电极活性物质层与电极集流体之间形成缺陷，因此会通过缺陷产生不均匀的电流密度。因此，随着电极的劣化，采用这种电极的锂电池的寿命特性会劣化。
46.然而，在这里公开的电极中包括的电极集流体中，可以防止从通孔的延伸或由从通孔的延伸引起的缺陷，因此基本上不会包括这样的缺陷。例如，电极集流体不会包括从通孔延伸的毛刺或凹陷。因此，采用这种电极的锂电池可以具有改善的寿命特性。根据公开的电极可以通过例如在电极活性物质层中形成通孔并且将电极集流体和包括通孔的电极活性物质层层压来制备。因此，可以防止在现有技术的电极的电极集流体中引入通孔的工艺期间导致的集流体中的缺陷的形成。
47.由于电极活性物质层是自支撑膜，因此电极活性物质层可以例如在没有支撑体的情况下保持膜形状。因此，电极活性物质层可以制备为单独的自支撑膜并且布置在电极集流体上。
48.在这里公开的电极中，中间层可以布置在通孔与电极集流体之间，因此可以使通孔与电极集流体分离。由于中间层布置在通孔的一端与电极集流体之间，因此可以阻挡电解质与电极集流体之间的直接接触。因此，可以防止诸如电解质在电极集流体的表面上分解的副反应。因此，可以进一步改善包括这种电极的锂电池的充/放电特性。
49.在这里公开的电极中，通孔的与中间层或电极集流体接触的一端的直径可以大于通孔的暴露于电极活性物质层的表面的另一端的直径。由于通孔的与中间层或电极集流体接触的一端的直径大于通孔的暴露于电极活性物质层的表面的另一端的直径，因此在电极活性物质层内部电解质与电极活性物质层之间的接触区域可以变宽，因此可以有效地防止电极活性物质层的表面与电极活性物质层的内部之间的电流密度的不平衡。因此，可以进一步改善采用这种电极的锂电池的充/放电特性。通孔的暴露于电极活性物质层的表面的另一端的直径(da)与通孔的与中间层或电极集流体接触的一端的直径(db)之比(即da:db)可以比1:1大。例如，比例da:db可以在1:1.01至2、1:1.01至1.5或1:1.01至1.1的范围内。通孔的暴露于电极活性物质层的表面的另一端的直径da与通孔的与中间层或电极集流体接触的一端的直径db之比可以使用扫描电子显微镜针对电极的剖面进行测量。
50.形成电极集流体的材料可以是不与锂反应的材料，即，不与锂形成合金或化合物并且具有导电性的任何材料。电极集流体可以包括金属基底。金属基底可以是例如金属或合金。金属基底可以由例如铟(in)、铜(cu)、镁(mg)、不锈钢、钛(ti)、铁(fe)、钴(co)、镍
(ni)、锌(zn)、铝(al)、锗(ge)、锂(li)或其合金组成。电极集流体可以具有例如选自片、箔、膜、板、多孔体、介孔体、含通孔体、多边形环体、网状体、发泡体和无纺织体的形状，但不限于此。可以使用本领域中可用的任何形状。
51.与现有技术的电极中包括的电极集流体相比，在这里公开的电极中包括的电极集流体可以具有相对减小的厚度。因此，这里公开的包括例如薄膜集流体的电极可以区别于现有技术的包括厚膜集流体的电极。当根据实施例的电极采用具有减小的厚度的薄膜集流体时，在包括薄膜集流体的电极中的电极活性物质层的厚度可以相对增大。因此，采用这种电极的锂电池可以具有增大的能量密度。包括金属基底的电极集流体的厚度可以例如小于15μm、小于或等于14.5μm、或者小于或等于14μm。电极集流体的厚度可以是例如约0.1μm至小于约15μm、约1μm至约14.5μm、约2μm至约14μm、约3μm至约14μm、约5μm至约14μm、或者约10μm至约14μm。
52.中间层可以例如直接布置在电极集流体的一个表面或两个表面上。因此，在电极集流体与中间层之间可以不布置其他层。当中间层直接布置在电极集流体的一个表面或两个表面上时，可以进一步改善电极集流体与电极活性物质层之间的结合力。
53.中间层的厚度可以例如小于或等于电极集流体的厚度的30％。中间层的厚度可以是例如电极集流体的厚度的约0.01％至约30％、约0.1％至约30％、约0.5％至约30％、约1％至约25％、约1％至约20％、约1％至约15％、约1％至约10％、约1％至约5％、或者约1％至约3％。中间层的厚度可以是例如约10nm至约5μm、约50nm至约5μm、约200nm至约4μm、约500nm至约3μm、约500nm至约2μm、约500nm至约1.5μm、或者约700nm至约1.3μm。当中间层的厚度在上述范围内时，可以进一步改善电极集流体与电极活性物质层之间的结合力，因此可以抑制界面电阻的增大。
54.中间层可以包括例如粘结剂。当中间层包括粘结剂时，可以进一步改善电极集流体与电极活性物质层之间的结合力。包括在中间层中的粘结剂可以是例如导电粘结剂或非导电粘结剂。
55.导电粘结剂可以是例如离子导电粘结剂和/或电子导电粘结剂。具有离子导电性和电子导电性二者的粘结剂可以属于离子导电粘结剂和电子导电粘结剂二者。
56.离子导电粘结剂的示例包括聚苯乙烯磺酸盐(pss)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)共聚物、聚氟乙烯(pvf)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)、聚环氧乙烷(peo)、聚乙二醇(peg)、聚丙烯腈(pan)、聚四氟乙烯(ptfe)、聚乙撑二氧噻吩(pedot)、聚吡咯(ppy)、聚丙烯腈(pan)、聚苯胺、聚乙炔等。离子导电粘结剂可以包括极性官能团。包括极性官能团的离子导电粘结剂的示例包括nafion、aquivion、flemion、gore、aciplex、morgane adp、磺化聚(醚酮)(speek)、磺化聚(亚芳基醚酮砜)(spaekks)、磺化聚(芳基醚酮)(spaek)、聚[双(苯并咪唑并苯并异喹啉酮)](spbibi)、聚(苯乙烯磺酸盐)(pss)、9,10-二苯基蒽-2-磺酸锂(dpasli+)等。电子导电粘结剂的示例包括聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚(对亚苯基)、聚(苯撑乙撑)、聚(亚苯基硫醚)、聚苯胺等。中间层可以是例如包括导电聚合物的导电层。
[0057]
包括在中间层中的粘结剂可以例如选自电极活性物质层中包括的粘结剂。中间层可以包括与电极活性物质层中包括的粘结剂相同的粘结剂。包括在中间层中的粘结剂可以是例如氟类粘结剂。包括在中间层中的氟类粘结剂可以是例如pvdf。中间层可以例如通过
干法或湿法布置在电极集流体上。中间层可以是例如包括粘结剂的接合层。
[0058]
中间层还可以包括例如碳基导电材料。包括在中间层中的碳基导电材料可以选自电极活性物质层中包括的碳基导电材料。中间层可以包括与电极活性物质层中包括的碳基导电材料相同的碳基导电材料。当中间层包括碳基导电材料时，中间层可以变成例如导电层。中间层可以是例如包括粘结剂和碳基导电材料的导电层。
[0059]
中间层可以通过例如干法(诸如沉积(例如cvd、pvd等))布置在电极集流体上。中间层可以通过例如湿法(诸如旋涂、浸涂等)布置在电极集流体上。中间层可以通过例如通过沉积的手段在电极集流体上沉积碳基导电材料而布置在电极集流体上。干涂覆的中间层可以由碳基导电材料组成，并且可以不包括粘结剂。可选地，中间层可以通过例如在电极集流体的表面上涂覆并干燥包括碳基导电材料、粘结剂和溶剂的组成物而布置在电极集流体上。中间层可以具有单层结构，或者可以是包括多个层的多层结构。
[0060]
这里公开的电极中包括的电极活性物质层的一个表面可以包括例如其中设置有多个通孔的第一开口。例如，第一开口的表面积可以是例如电极活性物质层的一个表面的总表面积的99％以下(即，小于或等于99％)、90％以下、50％以下、40％以下、30％以下、20％以下或10％以下。第一开口的表面积可以是电极活性物质层的一个表面的总表面积的例如约0.1％至约99％、约0.1％至约90％、约0.1％至约50％、约0.1％至约20％、约0.1％至约10％、约0.2％至约15％、约0.2％至约10％、或者约0.2％至约5％。当由通孔占据的第一开口的表面积在上述范围内时，可以进一步改善锂电池的循环特性。第一开口的表面积可以是电极活性物质层的表面的由通孔占据的面积。
[0061]
其中多个通孔布置在电极活性物质层的一个表面上的第一开口的表面积(面积a)可以小于电极活性物质层的除了第一开口的表面积之外的剩余表面积(面积b)。例如，面积a可以是面积b的99％以下、90％以下、50％以下、40％以下、30％以下、20％以下或10％以下。面积a可以是面积b的约0.1％至约99％、约0.1％至约90％、约0.1％至约50％、约0.1％至约30％、约0.5％至约20％、约0.5％至约15％、约0.5％至约10％、或者约0.5％至约5％。当由通孔占据的第一开口的表面积在上述范围内时，可以进一步改善锂电池的循环特性。
[0062]
多个通孔的平均直径(d1)可以是例如约0.1μm至约20μm或约0.1μm至约10μm。当多个通孔的平均直径在上述范围内时，可以进一步改善采用包括多个通孔的电极的锂电池的循环特性。
[0063]
多个通孔的平均直径(d1)与电极活性物质层的厚度(t1)之比(d1/t1)可以是约0.001至约0.2、约0.001至约0.15、约0.001至约0.1、约0.001至约0.05、或者约0.001至约0.01。当多个通孔的平均直径(d1)与电极活性物质层的厚度(t1)之比(d1/t1)具有在上述范围内的值时，可以进一步提高采用包括多个通孔的电极的锂电池的循环特性。
[0064]
包括在电极中的多个通孔可以例如以恒定间隔规则地布置在电极活性物质层中。当多个通孔规则地定位在电极活性物质层中时，可以保持电极内部的规则电流密度分布。因此，可以防止由于不规则电流分布引起的电极活性物质层中的局部劣化，因此可以防止锂电池的循环特性的劣化。
[0065]
包括在电极中的多个通孔可以例如以恒定间隔周期性地布置在电极活性物质层中。当多个通孔周期性地布置在电极活性物质层中时，可以在电极内部保持周期性的电流密度分布。因此，可以防止由非周期性电流分布引起的电极活性物质层中的局部劣化，因此
可以防止锂电池的循环特性的劣化。
[0066]
包括在电极中的多个通孔可以例如二维地或三维地布置以具有格子结构。当多个通孔在电极中包括的电极活性物质层中二维地或三维地布置以具有格子结构时，可以进一步改善包括这种电极的锂电池的循环特性。
[0067]
包括在电极中的通孔的入口可以具有例如圆形形状、椭圆形形状、三角形形状、四边形形状、五边形形状、六边形形状、字母形状或环形形状，但不限于此。可以使用本领域中可以用于形成通孔的任何形状。字母形状可以包括例如选自a字形至z字形的至少一种形状。字母形状可以包括例如选自x字形、h字形、t字形、l字形等的至少一种形状。通孔的入口可以具有例如多面体形状。通孔的形状可以通过电极的表面的扫描电子显微镜图像或光学显微镜图像确定。
[0068]
例如，包括在电极中的通孔可以被布置为通过与电极活性物质层的一个表面或两个表面形成在约60度至约120度、约70度至约110度或者约80度至约100度的范围内的角度来穿透电极活性物质层。当通孔以这样的角度布置时，可以进一步改善锂电池的循环特性。
[0069]
电极可以包括：第一区域，包括电极活性物质层和布置在电极活性物质层的一个表面上或两个表面之间的电极集流体；以及第二区域，包括电极活性物质层并且在电极活性物质层的一个表面上或两个表面之间不包括电极集流体。参照图6a至图6b，电极在厚度方向上的剖面可以包括例如电极活性物质层和通孔在第二区域中交替排列的结构。当电极的剖面具有电极活性物质层和通孔交替排列的结构时，可以进一步改善包括这种电极的锂电池的循环特性。
[0070]
包括在电极活性物质层中的粘结剂可以是例如干粘结剂。干粘结剂可以是例如未浸渍、未溶解或未分散在溶剂中的粘结剂。干粘结剂可以是例如不包括溶剂或不与溶剂接触的粘结剂。
[0071]
干粘结剂可以是例如原纤化粘结剂。原纤化粘结剂可以用作支撑和粘结包括在电极活性物质层中的电极活性物质和其他组分的基质。例如，通过电极的剖面的扫描电子显微镜图像可以确定原纤化粘结剂具有纤维形式。原纤化粘结剂可以具有例如大于或等于10、大于或等于20、大于或等于50、或者大于或等于100的长径比。
[0072]
干粘结剂的示例包括ptfe、pvdf-hfp共聚物、pvdf、聚乙烯醇、聚丙烯腈、羧甲基纤维素(cmc)、淀粉、羟丙基纤维素、纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯聚合物(epdm)、磺化epdm、苯乙烯丁二烯橡胶(sbr)、氟橡胶、其共聚物等，但不限于此。可以使用在干电极的制备中使用的任何粘结剂。具体地，干粘结剂可以包括氟类粘结剂。氟类粘结剂可以是例如ptfe、pvdf-hfp共聚物或pvdf。
[0073]
基于电极活性物质层的总重量，包括在电极活性物质层中的干粘结剂的量可以例如在约1wt％至约10wt％或者约1wt％至约5wt％的范围内。当干粘结剂以上述范围内的量包括在电极活性物质层中时，可以改善电极的结合力并且电极可以保持高能量密度。
[0074]
电极活性物质层还可以包括例如导电材料。导电材料可以是例如干导电材料。干导电材料可以是例如未浸渍、未溶解或未分散在溶剂中的导电材料。干粘结剂可以是例如不包括溶剂或不与溶剂接触的粘结剂。导电材料可以是例如碳基导电材料。碳基导电材料的示例包括炭黑、石墨颗粒、天然石墨、人造石墨、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米管等，但不限于此。可以使用本领域中可用作碳基导电材料的任何材料。
[0075]
基于电极活性物质层的总重量，包括在电极活性物质层中的干导电材料的量可以例如在约1wt％至约10wt％或者约1wt％至约5wt％的范围内。当干导电材料以上述范围内的量包括在电极活性物质层中时，可以改善电极的导电性并且电极可以保持高能量密度。
[0076]
由于电极活性物质层通过干法制备，因此电极活性物质层可以不包括有意添加的处理溶剂。例如，电极活性物质层可以不包括残留的处理溶剂。尽管在电极活性物质层中可能残留微量的非有意的溶剂，但这种溶剂不是有意添加的处理溶剂。因此，电极活性物质层可以与湿电极活性物质层区分开，所述湿电极活性物质层通过将组分和处理溶剂混合然后通过干燥从其中去除处理溶剂中的一些或全部来制备。
[0077]
在电极中，当使用表面和界面测量分析系统(saicas)来测量包括在第一区域中的电极活性物质层时，根据从第一点到第二点的深度的垂直相对力(或竖直相对力)(f
vr
)的变化率可以例如小于或等于300％，所述第一点在朝向电极集流体的方向上与电极活性物质层的表面间隔开相对于电极活性物质层的总厚度的5％，所述第二点在朝向电极活性物质层的方向上与电极集流体的表面间隔开相对于电极活性物质层的总厚度的5％。垂直相对力的变化率可以是例如约10％至约300％、约10％至约250％、约10％至约200％、约10％至约150％、或者约10％至约100％。在朝向电极活性物质层的方向上与电极集流体的表面间隔开相对于电极活性物质层的总厚度的5％的所述第二点可以对应于例如在朝向电极集流体的方向上与电极活性物质层的表面间隔开相对于电极活性物质层的总厚度的95％的点。可以通过等式1来计算垂直相对力。saicas测量方法可以例如参照在评价示例1中描述的方法。
[0078]
等式1
[0079]
垂直相对力(f
vr
)的变化率＝[(f
vr
最大值(f
vr1
)-f
vr
最小值(f
vr2
))/f
vr
最小值(f
vr2
)]
×
100％
[0080]
在电极中，当通过saicas测量测得的垂直相对力f
vr
的变化率小于或等于300％时，可以改善电极中的组成成分的分布的均匀性。此外，由于抑制了因电极活性物质层中的成分的不均匀分布引起的副反应和内阻的增大，因此可以改善电极反应的可逆性。即使在具有高负载的电极的情况下，也可以改善锂电池的循环特性。此外，当电极包括中间层时，可以进一步增强电极活性物质层与电极集流体之间的结合力，并且可以降低电极的内阻。因此，采用这种电极的锂电池可以具有改善的循环特性。
[0081]
在电极中，当使用saicas测量包括在第一区域中的电极活性物质层时，第二点处的第二水平力(f
h2
)与第一点处的第一水平力(f
h1
)的水平力之比可以大于或等于50％，所述第二点在朝向电极活性物质层的方向(例如，深度方向)上与电极集流体的表面间隔开相对于从电极活性物质层的表面到电极集流体的表面的总深度的10％，所述第一点在朝向电极集流体的方向上与电极活性物质层的表面间隔开相对于从电极活性物质层的表面到电极集流体的表面的总深度的10％。水平力比率可以是例如约50％至约100％、约60％至约100％、约70％至约100％、约80％至约100％、或者约90％至约100％。在朝向电极活性物质层的方向上与电极集流体的表面间隔开相对于电极活性物质层的总厚度的10％的所述第二点可以对应于例如在朝向电极集流体的方向上与电极活性物质层的表面间隔开相对于电极活性物质层的总厚度的90％的点。水平力比率可以例如由等式2表示。saicas测量方法可以例如参照在评价示例2中描述的方法。
[0082]
等式2
[0083]
水平力比率＝[第二水平力(f
h2
)/第一水平力(f
h1
)]
×
100％
[0084]
当通过saicas测量测得的水平力比率大于或等于50％时，可以进一步改善电极中的组成成分的分布的均匀性。当电极的水平力在上述范围内时，可以进一步改善采用这种电极的锂电池的循环特性。
[0085]
电极可以是例如正极。正极可以包括正极活性物质层，并且正极活性物质层可以包括正极活性物质。
[0086]
作为包括在正极活性物质层中的正极活性物质，可以不受限制地使用本领域中常用的任何锂金属氧化物。
[0087]
正极活性物质可以是例如锂与选自co、锰(mn)、ni及其组合的金属的至少一种复合氧化物，作为复合氧化物的具体示例，可以使用由下式中的一种表示的化合物：liaa
1-bbb
d2(其中，0.90≤a≤1且0≤b≤0.5)；liae
1-bbbo2-c
dc(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，且0≤c≤0.05)；lie
2-bbbo4-c
dc(其中，0≤b≤0.5且0≤c≤0.05)；liani
1-b-c
cobbcd
α
(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，且0《α≤2)；liani
1-b-c
cobbco
2-αfα
(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，且0《α《2)；liani
1-b-c
cobbco
2-α
f2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，且0《α《2)；liani
1-b-c
mnbbcd
α
(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，且0《α≤2)；liani
1-b-c
mnbbco
2-αfα
(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，且0《α《2)；liani
1-b-c
mnbbco
2-α
f2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，且0《α《2)；lianibecgdo2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，且0.001≤d≤0.1)；lianibcocmndgeo2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，且0.001≤e≤0.1)；lianigbo2(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；liacogbo2(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；liamngbo2(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；liamn2gbo4(其中，0.90≤a≤1且0.001≤b≤0.1)；qo2；qs2；liqs2；v2o5；liv2o5；liio2；linivo4；li
(3-f)
j2(po4)3(其中，0≤f≤2)；li
(3-f)
fe2(po4)3(其中，0≤f≤2)；lifepo4。
[0088]
在上述表示化合物的式中，a可以是ni、co、mn或其组合；b可以是al、ni、co、mn、cr、fe、mg、sr、v、稀土元素或其组合；d可以是o、f、s、p或其组合；e可以是co、mn或其组合；f可以是f(氟)、s、p或其组合；g可以是al、cr、mn、fe、mg、la、ce、sr、v或其组合；q可以是ti、mo、mn或其组合；i可以是cr、v、fe、sc、y或其组合；j可以是v、cr、mn、co、ni、cu或其组合。
[0089]
可以使用在上述化合物的表面上设置涂层的化合物，并且也可以使用上述化合物和设置有涂层的化合物的混合物。设置在上述化合物的表面上的涂层可以包括例如涂覆元素化合物，诸如涂覆元素的氧化物、涂覆元素的氢氧化物、涂覆元素的羟基氧化物、涂覆元素的含氧碳酸盐或涂覆元素的羟基碳酸盐。构成该涂层的化合物可以是无定形的或结晶的。包括在涂层中的涂覆元素可以是mg、al、co、k、na、ca、si、ti、v、sn、ge、ga、b、as、zr或其混合物。形成涂层的方法可以在对正极活性物质的物理性质没有不利影响的范围内选择。涂覆方法可以是例如喷涂法、浸渍法等。由于本领域技术人员可以很好地理解涂覆方法，因此将省略涂覆方法的详细描述。
[0090]
基于正极活性物质层的总重量，包括在正极活性物质层中的正极活性物质的量可以是例如约80wt％至约98wt％或约90wt％至约98wt％。
[0091]
正极活性物质可以是例如复合正极活性物质。
[0092]
复合正极活性物质可以包括例如：核，包括锂过渡金属氧化物；以及壳，沿着核的表面布置，其中，壳可以包括由式maob(其中，0《a≤3，0《b《4，并且当a为1、2或3时，b不是整数)表示的至少一种第一金属氧化物和石墨烯。第一金属氧化物可以布置在石墨烯基质内部，m可以是从元素周期表的2族至13族、15族和16族中选择的至少一种金属，锂过渡金属氧化物可以包括ni，并且基于过渡金属的总摩尔数，ni的量可以大于或等于80mol％。包括第一金属氧化物和石墨烯的壳可以布置在复合正极活性物质的核上。
[0093]
由于团聚，现有技术中的石墨烯难以均匀地涂覆在核上。相比之下，使用包括设置在石墨烯基质内的多个第一金属氧化物的复合材料的复合正极活性物质可以能够防止石墨烯的团聚，因此，可以在核上布置均匀的壳。因此，通过有效地阻挡核与电解质溶液之间的接触，可以防止由于核与电解质之间的接触而引起的副反应。此外，当抑制了电解质溶液对镍离子的还原(ni
3+
→
ni
2+
)和阳离子混合时，可以防止诸如nio相的电阻层的形成。此外，也可以抑制镍离子的溶出。由于包括石墨烯的壳具有柔性，因此可以容易地接受复合正极活性物质在充放电期间的体积变化，因此可以抑制在复合正极活性物质中产生裂纹。由于石墨烯具有高电子传导性，因此可以降低复合正极活性物质与电解质溶液之间的界面电阻。因此，尽管引入了包括石墨烯的壳，但是可以保持或降低锂电池中的内阻。此外，由于第一金属氧化物具有耐电压性，因此可以防止包括在核中的锂过渡金属氧化物在高电压下充放电期间的劣化。因此，可以改善包括复合正极活性物质的锂电池的循环特性和高温稳定性。壳可以包括例如一种类型的第一金属氧化物或者两种或更多种类型的不同的第一金属氧化物。此外，在复合正极活性物质中，基于过渡金属的总摩尔数，锂过渡金属氧化物可以具有大于或等于80mol％的镍含量，并且包括第一金属氧化物和石墨烯的壳可以布置在核上，从而同时提供高放电容量和改善的循环特性。因此，具有大于或等于80mol％的高镍含量的复合正极活性物质可以提供比具有相对低镍含量的复合正极活性物质改善的容量，同时仍然提供优异的寿命特性。包括在第一金属氧化物中的金属可以是例如选自al、nb、mg、sc、ti、zr、v、w、mn、fe、co、pd、cu、ag、zn、sb和se中的至少一种。
[0094]
第一金属氧化物可以是例如选自al2oz(其中，0《z《3)、nbo
x
(其中，0《x《2.5)、mgo
x
(其中，0《x《1)、sc2oz(其中，0《z《3)、tioy(其中，0《y《2)、zroy(其中，0《y《2)、v2oz(其中，0《z《3)、woy(其中，0《y《2)、mnoy(其中，0《y《2)、fe2oz(其中，0《z《3)、co3ow(其中，0《w《4)、pdo
x
(其中，0《x《1)、cuo
x
(其中，0《x《1)、ago
x
(其中，0《x《1)、zno
x
(其中，0《x《1)、sb2oz(其中，0《x《1)和seoy(其中，0《y《2)中的一种或更多种。当第一金属氧化物布置在石墨烯基质内时，可以改善布置在核上的壳的均匀性，并且可以进一步改善复合正极活性物质的耐电压性。例如，壳可以包括al2o
x
(其中，0《x《3)作为第一金属氧化物。壳还可以包括由式maoc(其中，0《a≤3，0《c≤4，并且当a为1、2或3时，c是整数)表示的至少一种第二金属氧化物。m可以是从元素周期表的2族至13族、15族和16族中选择的至少一种金属。例如，第二金属氧化物可以包括与包括在第一金属氧化物中的金属相同的金属，并且第二金属氧化物中c与a之比c/a可以大于第一金属氧化物中b与a之比b/a。例如，c/a》b/a。第二金属氧化物可以例如选自al2o3、nbo、nbo2、nb2o5、mgo、sc2o3、tio2、zro2、v2o3、wo2、mno2、fe2o3、co3o4、pdo、cuo、ago、zno、sb2o3和seo2。第一金属氧化物可以是第二金属氧化物的还原产物。第一金属氧化物可以是通过使第二金属氧化物的一部分或全部还原而获得的。因此，第一金属氧化物可以具有比第二金属氧化物的氧含量低的氧含量以及比第二金属氧化物的金属氧化数高的金属氧化数。例
如，壳可以包括作为第一金属氧化物的al2o
x
(其中，0《x《3)和作为第二金属氧化物的al2o3。在复合正极活性物质中，例如，包括在壳中的石墨烯和包括在核中的锂过渡金属氧化物可以经由化学键而化学结合。包括在壳中的石墨烯的碳原子(c)和锂过渡金属氧化物的过渡金属(me)可以例如经由氧介导的c-o-me键(例如，c-o-ni键)化学键合。当包括在壳中的石墨烯和包括在核中的锂过渡金属氧化物经由化学键化学结合时，核和壳可以形成复合物。因此，复合物可以与石墨烯和锂过渡金属氧化物的简单物理混合物区分开。此外，包括在壳中的石墨烯和第一金属氧化物也可以例如经由化学键化学结合。这里，化学键可以是例如共价键或离子键。共价键可以是例如包括酯基、醚基、羰基、酰胺基、碳酸酯酸酐基和酸酐基中的至少一种的键。离子键可以是例如包括羧酸离子、铵离子、酰基阳离子基团等的键。壳的厚度可以是例如约1nm至约5μm、约1nm至约1μm、约1nm至约500nm、约1nm至约200nm、约1nm至约100nm、约1nm至约90nm、约1nm至约80nm、约1nm至约70nm、约1nm至约60nm、约1nm至约50nm、约1nm至约40nm、约1nm至约30nm、约1nm至约20nm、或者约1nm至约10nm。当壳的厚度在上述范围内时，可以抑制包括复合正极活性物质的锂电池的内阻的增大。
[0095]
基于复合正极活性物质的总重量，包括在复合正极活性物质中的复合物的量可以小于或等于3wt％、小于或等于2wt％、小于或等于1wt％、小于或等于0.5wt％、或者小于或等于0.2wt％。基于复合正极活性物质的总重量，复合物的量可以是约0.01wt％至约3wt％、约0.01wt％至约1wt％、约0.01wt％至约0.7wt％、约0.01wt％至约0.6wt％、约0.01wt％至约0.5wt％、约0.01wt％至约0.2wt％、约0.01wt％至约0.1wt％、或者约0.03wt％至约0.07wt％。当包括在复合正极活性物质中的复合物的量在上述范围内时，可以进一步改善包括复合正极活性物质的锂电池的循环特性。从包括在复合物中的第一金属氧化物和第二金属氧化物中选择的一种或更多种的平均粒径可以是约1nm至约1μm、约1nm至约500nm、约1nm至约200nm、约1nm至约100nm、约1nm至约70nm、约1nm至约50nm、约1nm至约30nm、约3nm至约30nm、约3nm至约25nm、约5nm至约25nm、约5nm至约20nm、或者约7nm至约20nm。当第一金属氧化物和/或第二金属氧化物的粒径在上述这些纳米范围内时，第一金属氧化物和/或第二金属氧化物可以更均匀地分布在复合物的石墨烯基质中。因此，这种复合物可以均匀地涂覆在核上而不团聚，并且形成壳。此外，当第一金属氧化物和/或第二金属氧化物的粒径在上述范围内时，第一金属氧化物和/或第二金属氧化物可以更均匀地布置在核上。因此，通过在核上均匀地布置第一金属氧化物和/或第二金属氧化物，可以更有效地发挥耐电压特性。第一金属氧化物和第二金属氧化物的平均粒径可以例如通过使用激光衍射法或动态光散射法的测量设备进行测量。平均粒径可以例如使用激光散射粒度分布计(例如，由horiba corporation制造的la-920)测量，并且是当金属氧化物颗粒从小颗粒累积至50％时以体积换算的中值粒径(d50)的体积。
[0096]
包括在复合正极活性物质中的核可以包括例如由式1表示的锂过渡金属氧化物：
[0097]
式1
[0098]
liani
x
co
ymzo2-bab
[0099]
其中，在式1中，1.0≤a≤1.2，0≤b≤0.2，0.8≤x《1，0≤y≤0.3，0《z≤0.3，并且x+y+z＝1，m可以是选自锰(mn)、铌(nb)、钒(v)、镁(mg)、镓(ga)、硅(si)、钨(w)、钼(mo)、铁(fe)、铬(cr)、铜(cu)、锌(zn)、钛(ti)、铝(al)和硼(b)中的至少一种，并且a可以是f、s、cl、br或其组合。
[0100]
包括在复合正极活性物质中的核可以包括例如由式2至式4表示的锂过渡金属氧化物：
[0101]
式2
[0102]
lini
x
coymnzo2[0103]
式3
[0104]
lini
x
coyalzo2[0105]
其中，在式2至式3中，0.8≤x≤0.95，0≤y≤0.2，0《z≤0.2，并且x+y+z＝1，式4
[0106]
lini
x
coyalvmnwo2[0107]
其中，在式4中，0.8≤x≤0.95，0≤y≤0.2，0《v≤0.2，0《w≤0.2，并且x+y+v+w＝1。
[0108]
包括在复合正极活性物质中的核可以包括例如由式5表示的锂过渡金属氧化物：
[0109]
式5
[0110]
liani
xmzo2-bab
[0111]
其中，在式5中，1.0≤a≤1.2，0≤b≤0.2，0.8≤x《1，0《z≤0.2，并且x+z＝1，m可以是选自mn、nb、v、mg、ga、si、w、mo、fe、cr、cu、zn、ti、al和b中的至少一种，并且a可以是f、s、cl、br或其组合。在式5中，例如，1.0≤a≤1.2，0≤b≤0.2，0.8≤x≤0.95，0.05≤z≤0.2，并且x+z＝1。
[0112]
电极可以是例如负极。负极可以包括负极活性物质层，并且负极活性物质层可以包括负极活性物质。
[0113]
为了用作负极活性物质，可以使用本领域中可用作锂电池的负极活性物质的任何材料。例如，负极活性物质可以包括选自锂金属、可与锂合金化的金属、过渡金属氧化物、非过渡金属氧化物和碳基材料中的至少一种。可与锂合金化的金属的示例包括si、sn、al、ge、pb、bi、sb、si-y合金(其中，y是碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、过渡金属、稀土元素或其组合，并且y不是si)、sn-y合金(其中，y是碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、过渡金属、稀土元素或其组合，并且y不是sn)等。元素y可以是例如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或其组合。过渡金属氧化物可以是例如锂钛氧化物、钒氧化物、锂钒氧化物等。非过渡金属氧化物可以是例如sno2、sio
x
(其中，0《x《2)等。碳基材料可以是例如结晶碳、非晶碳或其混合物。结晶碳可以是例如无定形的、板状的、片状的、球形的或纤维状的石墨，诸如天然石墨或人造石墨。非晶碳可以是例如软碳(在低温下烧结的碳)或硬碳、中间相沥青碳化物、烧结焦炭等。
[0114]
基于负极活性物质层的总重量，包括在负极活性物质层中的负极活性物质的量可以是例如约80wt％至约98wt％或者约90wt％至约98wt％。在本发明的一个实施例中，电极集流体可以包括例如基体膜和设置在基体膜的一侧或两侧上的金属层。基体膜可以包括例如聚合物。聚合物可以是例如热塑性聚合物。聚合物可以包括例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚酰亚胺(pi)或其组合。通过在基体膜中包括热塑性聚合物，当发生短路时，基体膜液化并且可以抑制电流的快速增大。例如，基体膜可以是绝缘体。金属层可以包括例如铟(in)、铜(cu)、镁(mg)、不锈钢、钛(ti)、铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、锌(zn)、铝(al)、锗(ge)、锂(li)或其合金。金属层可以用作电化学熔丝并且可以在过电流期间被切断以执行短路防止功能。可以通过调整金属层的厚
度来调整金属层的极限电流和最大电流。金属层可以镀覆或沉积在基体膜上。当金属层的厚度减小时，电极集流体的极限电流和/或最大电流可以减小，因此可以改善锂电池在短路期间的稳定性。可以在金属层上添加引线接线片以用于外部连接。引线接线片可以通过超声波焊接、激光焊接、点焊等焊接到金属层或金属层/基体膜层叠体上。在焊接期间，可以使金属层电连接到引线接线片，同时使基体膜和/或金属层至少部分地熔化。为了使金属层与引线接线片之间的焊接更加坚固，可以在金属层与引线接线片之间添加金属碎片(metal chip)。金属碎片可以是与金属层的金属相同的材料的薄片。金属碎片可以是例如金属箔或金属网。金属碎片可以是例如铝箔、铜箔或sus箔。在将金属碎片设置在金属层上之后，可以通过焊接引线接线片来将引线接线片焊接到金属碎片/金属层层叠体或金属碎片/金属层/基体膜层叠体。在焊接期间，金属层或金属层/金属碎片堆叠体可以电连接到引线接线片，同时基体膜、金属层和/或金属碎片可以至少部分地熔化。金属碎片和/或引线接线片可以被添加到金属层上的一部分。基体膜的厚度可以是例如1μm至50μm、1.5μm至50μm、1.5μm至40μm或1μm至30μm。当基体膜具有该范围内的厚度时，可以更有效地减轻电极组件的重量。基体膜的熔点可以是例如100℃至300℃、100℃至250℃或者100℃～200℃。由于基体膜具有该范围内的熔点，因此基体膜在焊接引线接线片的工艺中可以熔化并容易地结合到引线接线片。为了改善基体膜与金属层之间的粘附性，可以对基体膜执行诸如电晕(corona)处理的表面处理。金属层的厚度可以是例如0.01μm至3μm、0.1μm至3μm、0.1μm至2μm或0.1μm至1μm。当金属层具有该范围内的厚度时，能够在保持导电性的同时确保电极组件的稳定性。金属碎片的厚度可以是例如2μm至10μm、2μm至7μm或4μm至6μm。当金属碎片具有该范围内的厚度时，可以更容易地执行金属层与引线接线片之间的连接。由于电极集流体具有这样的结构，因此可以减轻电极的重量，结果，可以改善锂电池的能量密度。在本发明的一个实施例中，电极集流体可以包括例如正极集流体和/或负极集流体。
[0115]
参照图1a，这里公开的电极300包括：电极活性物质层100，包括电极活性物质、粘结剂和多个通孔(th)；电极集流体200，布置在电极活性物质层100的两个表面100a和100b之间；以及中间层250、250a或250b，布置在电极活性物质层100与电极集流体200之间，其中，电极活性物质层100是自支撑膜，并且包括延伸至中间层250的多个通孔th。
[0116]
电极活性物质层100可以包括多个通孔th，每个通孔th具有任意直径(d1)。在图1a的电极300中，包括在电极300中的电极活性物质层100的厚度(t1)是分别布置在电极集流体200的两个表面上的电极活性物质层100a和100b的厚度(ta和tb)之和。多个通孔th中的每个的深度可以例如与电极活性物质层100的厚度t1基本相同。
[0117]
电极活性物质层100可以包括多个通孔th，并且电解质(即，锂离子)可以通过多个通孔th输送到电极活性物质层100的内部。因此，电极活性物质层100可以是包括离子传导通道的区域。因此，包括多个通孔th的电极300可以是包括离子传导通道的电极。
[0118]
参照图1b，这里公开的电极300包括：电极活性物质层100，包括电极活性物质、粘结剂和多个通孔th；电极集流体200，布置在电极活性物质层100的一个表面100a上；以及中间层250，布置在电极活性物质层100与电极集流体200之间，其中，电极活性物质层100是自支撑膜，并且包括延伸至中间层250的多个通孔th。
[0119]
电极活性物质层100可以包括多个通孔th，每个通孔th具有任意直径d1。在图1b的电极300中，电极300可以包括具有任意厚度t1的电极活性物质层100。多个通孔th中的每个
的深度可以例如与电极活性物质层100的厚度t1基本相同。
[0120]
电极活性物质层100可以包括多个通孔th，并且电解质(即，锂离子)可以通过多个通孔th输送到电极活性物质层100的内部。因此，电极活性物质层100可以是包括离子传导通道的区域。因此，包括多个通孔th的电极300可以是包括离子传导通道的电极。
[0121]
参照图2a和图2b，现有技术中的电极300包括：电极活性物质层100，包括电极活性物质、粘结剂和多个通孔th；以及电极集流体200，布置在电极活性物质层100的两个表面100a和100b之间或一个表面100a上。由于电极活性物质层100以电极浆料的形式布置在电极集流体200上，因此电极活性物质层100不是自支撑膜。尽管电极活性物质层100包括延伸至电极集流体200的通孔th，但是在通孔的形成期间，电极活性物质层100会具有诸如从通孔th的一端延伸的毛刺和凹陷的缺陷(dt)。由于现有技术中的电极300具有这样的缺陷dt，因此电极300会在电解质(未示出)与电极活性物质层100之间或者电解质(未示出)与电极集流体200之间由于这些缺陷dt中的局部副反应而劣化。因此，采用现有技术中的电极300的电池的循环特性(诸如寿命特性)会劣化。
[0122]
参照图3a和图3b，这里公开的电极300包括：电极活性物质层100，包括电极活性物质、粘结剂和多个通孔th；电极集流体200，布置在电极活性物质层100的两个表面100a和100b之间或一个表面100a上；以及中间层250、250a或250b，布置在电极活性物质层100与电极集流体200之间，其中，电极活性物质层100是自支撑膜，并且包括延伸至中间层250的多个通孔th，多个通孔th中的每个的与中间层250接触的一端的直径(db)大于多个通孔th中的每个的从电极活性物质层100的表面暴露的另一端的直径(da)。由于多个通孔th中的每个的与中间层250接触的一端的直径db变得大于多个通孔th中的每个的暴露于电极活性物质层100的表面的另一端的直径da，因此电解质(未示出)和电极活性物质层100可以在电极活性物质层100内部具有更大的接触面积。因此，可以有效地防止电极活性物质层100的表面与电极活性物质层100的内部之间的电流密度的不平衡。db与da之比(即，da:db)可以比1:1大。例如，da:db可以是1:1.01至2、1:1.01至1.5或1:1.01至1.1。
[0123]
参照图4，这里公开的电极300包括：电极活性物质层100，包括电极活性物质和粘结剂；以及电极集流体200，布置在电极活性物质层100的两个表面100a和100b之间，其中，电极活性物质层100包括多个通孔th。电极活性物质层100可以包括均具有任意直径d1的多个通孔th。包括在电极300中的电极活性物质层100的厚度t1是分别布置在电极集流体200的两个表面上的电极活性物质层100a和100b的厚度ta和tb之和。图4的剖面对应于图1a。
[0124]
参照图5，在这里公开的电极300中，电极活性物质层100包括：第一表面s1和与第一表面s1相对的第二表面s2；第一侧表面ss1和与第一侧表面ss1相对的第二侧表面ss2，第一侧表面ss1和第二侧表面ss2连接到第一表面s1和第二表面s2的纵向端部(长度方向的端部)；以及第三侧表面ss3和与第三侧表面相对的第四侧表面ss4，第三侧表面ss3和第四侧表面ss4连接到第一表面s1和第二表面s2的横向端部(宽度方向的端部)。电极活性物质层100可以包括均具有任意直径d1的多个通孔th。包括在电极300中的电极活性物质层100的厚度t1是分别布置在电极集流体200的两个表面上的电极活性物质层100a和100b的厚度ta和tb之和。
[0125]
参照图5，电极活性物质层100具有由纵向第一距离(或纵向第一长度)l1和横向第一距离(或横向第一长度)w1限定的第一面积a1，电极集流体200布置在第一表面s1与第二
表面s2之间，并且电极集流体200具有由纵向第二距离l2和横向第二距离w2限定的第二面积a2，其中，电极集流体200的第二面积a2与电极活性物质层100的第一面积a1基本相同。例如，电极集流体200的第二面积a2可以是电极活性物质层100的第一面积a1的100％。
[0126]
参照图5，电极集流体200还包括通过(或穿过)少于或等于从第一侧表面ss1、第二侧表面ss2、第三侧表面ss3和第四侧表面ss4中选择的两个侧表面(即，所选择的两个侧表面中的一者或二者)延伸至电极活性物质层100的外部的接线片tb。例如，接线片tb可以通过第一侧表面ss1和/或第二侧表面ss2延伸至电极活性物质层100的外部。可选地，接线片tb可以通过第三侧表面ss3和/或第四侧表面ss4延伸至电极活性物质层100的外部。由于接线片tb通过一侧或两个相对侧延伸至电极活性物质层100的外部，因此可以防止因多个相邻的接线片tb引起的短路。
[0127]
在这里公开的电极中，例如，电极集流体可以仅布置在电极活性物质层的一个表面的一部分或两个表面之间的一部分上。当电极集流体布置在电极活性物质层的一个表面的一部分或两个表面之间的一部分上时，在电极中由电极集流体占据的体积可以减小。因此，可以改善包括具有这种减小的体积的电极集流体的电极的锂电池的能量密度。因此，可以提供一种提供改善的输出的锂电池。
[0128]
电极可以包括：第一区域，包括电极活性物质层和布置在电极活性物质层的一个表面上或两个表面之间的电极集流体；以及第二区域，包括电极活性物质层而在电极活性物质层的一个表面上或两个表面之间不包括电极集流体。此外，第一区域和第二区域可以均包括多个通孔。
[0129]
当在电极活性物质层的一个表面上或两个表面之间没有电极集流体的第二区域包括多个通孔时，可以增加电极的柔性，因此可以进一步改善高倍率性能。当在电极活性物质层的一个表面上或两个表面之间包括电极集流体的第一区域中另外地布置多个通孔时，可以另外地改善锂电池的高倍率性能。
[0130]
电极集流体仅布置在电极活性物质层的一个表面的一部分或两个表面之间的一部分上的电极可以是例如可拉伸电极。可拉伸电极可以在从纵向方向和横向方向中选择的一个或更多个方向上被拉伸。可拉伸电极可以例如在电极的纵向方向上被拉伸大于或等于5％、大于或等于10％、大于或等于15％、大于或等于20％、大于或等于30％、大于或等于40％或者大于或等于50％。可拉伸电极可以例如在电极的纵向方向上被拉伸约5％至约100％、约10％至约100％、约15％至约100％、约20％至约100％、约30％至约100％、约40％至约100％、或者约50％至约100％。可拉伸电极可以例如在电极的横向方向上被拉伸大于或等于5％、大于或等于10％、大于或等于15％、大于或等于20％、大于或等于30％、大于或等于40％或者大于或等于50％。可拉伸电极可以例如在电极的横向方向上被拉伸约5％至约100％、约10％至约100％、约15％至约100％、约20％至约100％、约30％至约100％、约40％至约100％、或者约50％至约100％。可拉伸电极可以例如在拉伸之后恢复到初始长度而在电极中不产生裂纹等，并且即使当该循环重复多次时，也不会在电极中产生裂纹等。例如，当可拉伸电极仅在第一区域中包括电极集流体并且在第二区域中不包括电极集流体时，第二区域可以容易地拉伸。此外，由于电极集流体仅布置在电极的一部分上，因此即使当多个电极卷绕或弯曲时，也可以使电极集流体与电极活性物质层的分离最小化，在这方面，可以容易地实现各种形式的锂电池。
[0131]
参照图6a，这里公开的电极300包括：电极活性物质层100，包括电极活性物质和粘结剂；以及电极集流体200，布置在电极活性物质层100的两个表面100a和100b之间的一部分上，其中，电极活性物质层100包括多个通孔th。第一区域d1可以是包括电极活性物质层100以及布置在电极活性物质层100的两个表面100a和100b之间的电极集流体200的区域。也就是说，第一区域d1可以是包括电极集流体200以及布置在电极集流体的在电极300的厚度方向上的两个表面上的电极活性物质层100的区域。第二区域d2可以是包括电极活性物质层100而在电极活性物质层100的两个表面之间没有布置电极集流体200的区域。也就是说，第二区域d2可以是电极活性物质层100的除了第一区域d1之外的剩余区域。在图6a中，第一区域d1与第二区域d2之间的划分可以例如由沿着电极300的厚度方向布置的虚拟虚线形成。第一区域d1和第二区域d2可以各自包括均具有任意直径d1的多个通孔th。包括在电极300中的第一区域d1和第二区域d2可以具有基本相同的厚度t1。第一区域d1和第二区域d2可以各自包括多个通孔，并且电解质(即，锂离子)可以通过多个通孔输送。因此，第一区域d1和第二区域d2可以均是包括离子传导通道的区域。因此，包括第一区域d1和第二区域d2的电极300可以是包括离子传导通道的电极。
[0132]
参照图6b，这里公开的电极300包括：电极活性物质层100，包括电极活性物质和粘结剂；以及电极集流体200，布置在电极活性物质层100的一个表面的一部分上，其中，电极活性物质层100包括多个通孔th。第一区域d1可以是包括电极活性物质层100和布置在电极活性物质层100的一个表面上的电极集流体200的区域。也就是说，第一区域d1可以是包括电极集流体200和布置在电极集流体的在电极300的厚度方向上的一个表面上的电极活性物质层100的区域。第二区域d2可以是包括电极活性物质层100而在电极活性物质层100的一个表面上没有布置电极集流体200的区域。也就是说，第二区域d2可以是电极活性物质层100的除了第一区域d1之外的剩余区域。在图6a中，第一区域d1与第二区域d2之间的划分可以例如由沿着电极300的厚度方向布置的虚拟虚线形成。第一区域d1和第二区域d2可以各自包括均具有任意直径d1的多个通孔th。包括在电极300中的第一区域d1和第二区域d2可以具有基本相同的厚度t1。
[0133]
参照图7，这里公开的电极300包括：电极活性物质层100，包括电极活性物质和粘结剂；以及电极集流体200，布置在电极活性物质层100的两个表面100a和100b之间的一部分上，其中，电极活性物质层100包括多个通孔th。第一区域d1可以是包括电极活性物质层100和布置在电极活性物质层100的两个表面之间的电极集流体200的区域。也就是说，第一区域d1可以是包括电极集流体200和布置在电极集流体的在电极300的厚度方向上的两个表面上的电极活性物质层100的区域。第二区域d2可以是包括电极活性物质层100而在电极活性物质层100的两个表面之间没有布置电极集流体200的区域。也就是说，第二区域d2可以是电极活性物质层100的除了第一区域d1之外的剩余区域。第一区域d1和第二区域d2可以各自包括均具有任意直径d1的多个通孔th。包括在电极300中的第一区域d1和第二区域d2可以具有基本相同的厚度t1。图7的剖面对应于图6a。
[0134]
参照图8，在这里公开的电极300中，电极活性物质层100包括：第一表面s1和与第一表面s1相对的第二表面s2；第一侧表面ss1和与第一侧表面ss1相对的第二侧表面ss2，第一侧表面ss1和第二侧表面ss2连接到第一表面s1和第二表面s2的纵向端部；以及第三侧表面ss3和与第三侧表面相对的第四侧表面ss4，第三侧表面ss3和第四侧表面ss4连接到第一
表面s1和第二表面s2的横向端部。第一区域d1可以是由第一表面s1、第二表面s2、第三侧表面ss3和第四侧表面ss4限定并且包括布置在第一表面s1与第二表面s2之间的电极集流体200的区域。第二区域d2可以是由第一表面s1、第二表面s2、第三侧表面ss3和第四侧表面ss4限定并且在第一表面s1与第二表面s2之间没有布置电极集流体200的区域。第一区域d1和第二区域d2可以各自包括均具有任意直径d1的多个通孔th。包括在电极300中的第一区域d1和第二区域d2可以具有基本相同的厚度t1。
[0135]
参照图8，电极活性物质层100具有由纵向第一距离l1和横向第一距离w1限定的第一面积a1，电极集流体200布置在第一表面s1与第二表面s2之间，并且电极集流体200具有由纵向第二距离l2和横向第二距离w2限定的第二面积a2，其中，电极集流体200的第二面积a2小于或等于电极活性物质层100的第一面积a1的90％。例如，电极集流体200的第二面积a2可以是电极活性物质层100的第一面积a1的约1％至约90％、约5％至约80％、约10％至约70％、约10％至约60％、约10％至约50％、约10％至约40％、约10％至约30％、或者约10％至约20％。当在电极300中电极集流体200的面积小于电极活性物质层100的面积时，可以进一步改善采用电极300的锂电池的能量密度。
[0136]
参照图8，电极集流体200的纵向第二距离l2可以是电极活性物质层100的纵向第一距离l1的90％以下(即，小于或等于90％)、80％以下、70％以下、60％以下、50％以下、40％以下、30％以下或20％以下。例如，电极集流体200的纵向第二距离l2可以是电极活性物质层100的纵向第一距离的约1％至约90％、约5％至约80％、约10％至约70％、约10％至约60％、约10％至约50％、约10％至约40％、约10％至约30％、或者约10％至约20％。可选地，电极集流体200的横向第二距离w2可以是电极活性物质层100的横向第一距离w1的90％以下、80％以下、70％以下、60％以下、50％以下、40％以下、30％以下或20％以下。例如，电极集流体200的横向第二距离w2可以是电极活性物质层100的横向第一距离的约1％至约100％、约5％至约90％、约10％至约80％、约10％至约70％、约10％至约60％、约10％至约50％、约10％至约40％、约10％至约30％、或者约10％至约20％。例如，电极集流体200的纵向第二距离l2可以是电极活性物质层100的纵向第一距离l1的90％以下或50％以下，电极集流体200的横向第二距离w2是电极活性物质层100的横向第一距离w1的90％以下或50％以下。当电极集流体200具有这样的尺寸时，可以进一步改善采用电极300的锂电池的能量密度。
[0137]
参照图8，电极集流体200暴露于从电极活性物质层100中包括的第一侧表面ss1、第二侧表面ss2、第三侧表面ss3和第四侧表面ss4中选择的少于或等于3个侧表面。当电极集流体200的面积小于电极活性物质层100的面积时，电极集流体200可以暴露于电极活性物质层100中包括的侧表面中的一些，例如，三个、两个或一个侧表面。随着电极活性物质层100的使电极集流体200暴露在其上的侧表面的数量减少，通过电极活性物质层100的侧表面短路的可能性减小，因此，可以改善采用电极300的锂电池的安全性。
[0138]
参照图8，电极集流体200还包括通过少于或等于从第一侧表面ss1、第二侧表面ss2、第三侧表面ss3和第四侧表面ss4中选择的两个侧表面延伸至电极活性物质层100的外部的接线片tb。例如，接线片tb可以通过第一侧表面ss1和/或第二侧表面ss2延伸至电极活性物质层100的外部。可选地，接线片tb可以通过第三侧表面ss3和/或第四侧表面ss4延伸至电极活性物质层100的外部。由于接线片tb通过一侧或两个相对侧延伸至电极活性物质
层100的外部，因此可以防止由多个相邻的接线片tb引起的短路。
[0139]
参照图9a至图9f，在这里公开的电极300中，布置在电极活性物质层100的两个表面之间的一部分上的电极集流体200具有各种形状，并且可以布置在电极活性物质层100内的各种位置处。在图9a至图9f中，在由第一侧表面ss1、第二侧表面ss2、第三侧表面ss3和第四侧表面ss4限定的电极活性物质层100中，其中布置有电极集流体200的区域对应于第一区域，并且不包括电极集流体200的区域对应于第二区域。电极活性物质层100可以包括均具有任意直径d1的多个通孔th。第一区域d1是包括电极活性物质层100和布置在电极活性物质层100的一个表面上或两个表面之间的电极集流体200的区域。也就是说，第一区域d1是包括电极集流体200和布置在电极集流体的在电极300的厚度方向上的一个表面或两个表面上的电极活性物质层100的区域。第二区域d2是包括电极活性物质层100而在电极集流体200的一个表面上或两个表面之间没有布置电极集流体200的区域。也就是说，第二区域d2可以是电极活性物质层100的除了第一区域d1之外的剩余区域。
[0140]
参照图9a，电极集流体200可以布置在由第一侧表面ss1、第二侧表面ss2、第三侧表面ss3和第四侧表面ss4限定的电极活性物质层100的一部分上。电极集流体200可以暴露于电极活性物质层100的第一侧表面ss1和第二侧表面ss2，并且可以包括通过第一侧表面ss1延伸至电极活性物质层100的外部的接线片tb。接线片tb的横向距离w
t
可以是电极集流体200的横向第二距离w2的100％。
[0141]
参照图9b，电极集流体200可以布置在由第一侧表面ss1、第二侧表面ss2、第三侧表面ss3和第四侧表面ss4限定的电极活性物质层100的一部分上。电极集流体200可以暴露于电极活性物质层100的第一侧表面ss1、第二侧表面ss2和第三侧表面ss3，并且可以包括通过第一侧表面ss1延伸至电极活性物质层100的外部的接线片tb。电极集流体200的纵向第二距离l2可以是电极活性物质层100的纵向第一距离l1的100％。电极集流体200的横向第二距离w2可以小于电极活性物质层100的横向第一距离w1的100％。
[0142]
参照图9c，电极集流体200可以布置在由第一侧表面ss1、第二侧表面ss2、第三侧表面ss3和第四侧表面ss4限定的电极活性物质层100的一部分上。电极集流体200可以暴露于电极活性物质层100的第一侧表面ss1、第二侧表面ss2和第四侧表面ss4，并且可以包括通过第一侧表面ss1延伸至电极活性物质层100的外部的接线片tb。
[0143]
参照图9d，电极集流体200可以布置在由第一侧表面ss1、第二侧表面ss2、第三侧表面ss3和第四侧表面ss4限定的电极活性物质层100的一部分上。电极集流体200可以暴露于电极活性物质层100的第一侧表面ss1，并且可以包括通过第一侧表面ss1延伸至电极活性物质层100的外部的接线片tb。接线片tb的横向距离w
t
可以小于电极集流体200的横向第二距离w2的100％。
[0144]
参照图9e和图9f，多个电极集流体200可以布置在由第一侧表面ss1、第二侧表面ss2、第三侧表面ss3和第四侧表面ss4限定的电极活性物质层100的一部分上。电极活性物质层100可以包括沿着电极活性物质层100的纵向方向或横向方向彼此间隔开的多个电极集流体200。多个电极集流体200可以例如以恒定的间隔或以不同的间隔彼此间隔开。多个电极集流体200可以相对于电极活性物质层100的一个表面(例如，第一表面s1和第二表面s2中的一个或更多个表面)形成小于或等于45度、小于或等于40度、小于或等于30度、小于或等于25度、小于或等于20度、小于或等于15度、小于或等于10度或者小于或等于5度的角。
例如，多个电极集流体200可以与电极活性物质层100的一个表面形成0度的角，即，可以平行地布置。多个电极集流体200可以例如布置在第一表面s1与第二表面s2之间。
[0145]
根据另一实施例的锂电池包括：正极；负极；以及电解质，布置在正极与负极之间，其中，正极和负极中的至少一个是上面描述的电极。
[0146]
在包括这里公开的电极的锂电池中，可以防止电极集流体的表面上的缺陷，并且通过采用其中正极活性物质层包括通孔的电极，锂电池可以具有例如改善的循环特性(诸如改善的高倍率性能、改善的寿命特性等)。
[0147]
参照图10至图12，锂电池1000包括：正极300a；负极300b；电解质400，布置在正极300a与负极300b之间，其中，正极300a和负极300b中的至少一个是上面描述的电极。锂电池1000可以包括电极组件500。包括在正极300a和/或负极300b中的电极活性物质层100、100a或100b可以包括均具有任意直径d1的多个通孔th。
[0148]
参照图10，电极组件500包括：多个正极300a，沿着厚度方向堆叠；多个负极300b，布置在多个正极300a之间；多个电解质400，分别布置在多个正极300a与多个负极300b之间。正极300a可以包括正极集流体200a，并且正极集流体200a可以包括通过电极组件500的一个侧表面ss5延伸至正极活性物质层100a的外部的正极接线片ta。负极300b可以包括负极集流体200b，并且负极集流体200b可以包括通过电极组件500的与所述一个侧表面ss5相对的另一侧表面ss6延伸至负极活性物质层100b的外部的负极接线片tb。锂电池1000可以包括电极组件500。由于正极接线片ta和负极接线片tb布置在彼此相对的侧表面上，因此可以减小它们之间短路的可能性。
[0149]
参照图11，电极组件500包括：多个正极300a，沿着厚度方向堆叠；多个负极300b，布置在多个正极300a之间；多个电解质400，分别布置在多个正极300a与多个负极300b之间。正极300a可以包括正极集流体200a，并且正极集流体200a可以包括通过电极组件500的一个侧表面ss5延伸至正极活性物质层100a的外部的正极接线片ta。负极300b可以包括负极集流体200b，并且负极集流体200b可以包括通过电极组件500的同一侧表面ss5延伸至负极活性物质层100b的外部的负极接线片tb。锂电池1000可以包括电极组件500。
[0150]
参照图12，在一个侧表面ss5上，多个正极接线片ta可以在厚度方向上以恒定间隔彼此间隔开，并且多个负极接线片tb可以在厚度方向上以恒定间隔彼此间隔开。多个正极接线片ta可以与电极组件500的横向方向上的一个侧表面ss7相邻地布置，并且多个负极接线片tb可以与电极组件500的横向方向上的另一侧表面ss8相邻地布置。图12是图10的一个侧表面ss5的前视图。锂电池1000可以包括电极组件500。
[0151]
尽管正极接线片ta和负极接线片tb布置在同一侧，但是由于它们布置为在横向方向上彼此间隔开，因此可以减小它们之间短路的可能性。
[0152]
尽管在附图中未示出，但是在包括沿着厚度方向堆叠的多个正极、布置在多个正极之间的多个负极、以及布置在多个正极与多个负极之间的多个电解质的电极组件中，当包括多个通孔的一个或更多个正极和/或负极布置在不包括多个通孔的正极和/或负极之间时，包括多个通孔的正极和/或负极可以用作一类离子传导层或离子传导通道中的一些类型，从而进一步改善包括该电极组件的锂电池的循环特性，诸如高倍率性能。
[0153]
锂电池1000可以是例如锂离子电池、锂固体电池和锂气体电池。
[0154]
可以提供根据另一实施例的制备电极的方法。
[0155]
这里公开的制备电极的方法包括：通过对电极活性物质、干导电材料和干粘结剂进行干混来制备干混合物；通过轧制或挤压干混合物来制备自支撑膜；在自支撑膜中引入多个通孔；提供电极集流体以在电极集流体的一个表面或两个表面上布置中间层；以及将自支撑膜设置在电极集流体的一个表面或两个表面上以布置电极活性物质层。
[0156]
此外，在通过该制备方法制备的电极中，可以改善电极内的结合力分布的均匀性，因此可以改善使用该电极的锂电池的性能。此外，由于通过该制备方法制备的电极的电极活性物质层包括多个通孔，因此可以改善采用这种电极的锂电池的循环特性。
[0157]
首先，可以通过对电极活性物质、干导电材料和干粘结剂进行干混来制备干混合物。干混指在不包括处理溶剂的状态下进行混合。处理溶剂可以是例如用于制备电极浆料的溶剂。处理溶剂可以是例如水、nmp等，但不限于此，可以使用在电极浆料的制备中使用的任何处理溶剂。可以使用搅拌器在例如约25℃至约65℃的温度下执行干混。可以使用搅拌器以例如约10rpm至约10000rpm或者约100rpm至约10000rpm的旋转速度执行干混。可以使用搅拌器执行干混例如约1分钟至约200分钟或者约1分钟至约150分钟。
[0158]
可以执行干混例如至少一次。首先，可以通过对电极活性物质、干导电材料和干粘结剂执行第一干混来制备第一混合物。可以例如在约25℃至约65℃的温度下以2000rpm或更低的旋转速度执行第一干混15分钟或更短时间。可以例如在约25℃至约65℃的温度下以约500rpm至约2000rpm的旋转速度执行第一干混约5分钟至约15分钟。通过第一干混可以使电极活性物质、干导电材料和干粘结剂均匀地混合。随后，可以通过对电极活性物质、干导电材料和干粘结剂执行第二干混来制备第二混合物。可以例如在约25℃至约65℃的温度下以4000rpm或更高的旋转速度执行第二干混10分钟或更长时间。可以例如在约25℃至约65℃的温度下以约4000rpm至约9000rpm的旋转速度执行第二干混10分钟至60分钟。通过第二干混可以获得包括原纤化干粘结剂的干混合物。
[0159]
搅拌器可以是例如捏合机。搅拌器可以包括：例如，腔室；一个或更多个旋转轴，位于腔室内部并旋转；以及叶片，可旋转地结合到旋转轴并且位于旋转轴的纵向方向上。叶片可以是例如选自带状叶片、sigma叶片、喷射(z)叶片、分散叶片和螺旋叶片中的一种或更多种。通过包括叶片，能够在没有溶剂的情况下通过有效地混合电极活性物质、干导电材料和干粘结剂来制备面团状混合物。
[0160]
作为干导电材料，可以使用：炭黑；石墨微粒；天然石墨；人造石墨；乙炔黑；科琴黑；碳纤维；碳纳米管；例如铜、镍、铝或银的金属粉末、金属纤维或金属管；或诸如聚苯撑衍生物的导电聚合物，但是本公开不限于此。可以使用本领域中可用的任何导电材料。导电材料可以是例如碳基导电材料。在上面对电极的描述中提供了干导电材料的进一步细节。
[0161]
干粘结剂的示例包括偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯(ptfe)、这些聚合物的混合物等，以及苯乙烯丁二烯橡胶类聚合物，溶剂的示例包括n-甲基吡咯烷酮(nmp)、丙酮、水等。然而，干粘结剂和溶剂不限于此，可以使用本领域中可用的任何材料。在上面对电极的描述中提供了干粘结剂和溶剂的进一步细节。
[0162]
还可以将增塑剂或成孔剂添加到干混合物中以在电极板内部形成孔。
[0163]
在干混合物中使用的电极活性物质、干导电材料和干粘结剂的量与上面结合电极描述的相同。
[0164]
正极可以使用正极活性物质作为电极活性物质。正极活性物质可以通过参照结合电极提供的描述来理解。负极可以使用负极活性物质作为电极活性物质。负极活性物质可以通过参照结合电极提供的描述来理解。
[0165]
然后，可以将制备的干混合物轧制或挤压以制备自支撑膜。
[0166]
可以通过例如将制备的干混合物放入挤压设备中将制备的干混合物挤压成片的形式。挤压期间的压力可以是例如约4mpa至约100mpa或者约10mpa至约90mpa。由此获得的干混合物可以呈片形式。自支撑膜的厚度和形状可以根据所需电池的充/放电特性和形状来选择。
[0167]
接下来，可以在自支撑膜中引入多个通孔。
[0168]
如图4和图5中所示，多个通孔可以在整个自支撑膜中均匀地形成。引入通孔的方法的示例包括激光钻孔、冲孔、在表面上具有不规则性的辊等，但不限于此，可以使用本领域中能够引入通孔的任何方法和/或装置。通孔的直径、通孔之间的间距等可以根据电池的所需充/放电特性和形状来选择。
[0169]
接下来，可以提供电极集流体，并且可以包括布置在电极集流体的一个表面或两个表面上的中间层。
[0170]
电极集流体可以包括布置在电极集流体的一个表面或两个表面上的中间层，中间层的细节可以通过参照结合电极提供的描述来理解。
[0171]
用于形成电极集流体的材料可以通过参照结合电极集流体提供的描述来理解。正极集流体可以是例如铝箔。负极集流体可以是例如铜箔。
[0172]
中间层可以通过干法或湿法涂覆在电极集流体的一个表面或两个表面上。通过参照结合包括中间层的电极集流体提供的描述，可以理解详细的涂覆方法。
[0173]
接下来，可以在电极集流体的一个表面或两个表面上提供自支撑膜，使得可以在其上布置电极活性物质层。
[0174]
通过在电极集流体的一个表面或两个表面上布置自支撑膜并将其层压，可以制备包括布置在电极集流体的一个表面或两个表面上的电极活性物质层的电极。
[0175]
由于中间层布置在电极活性物质层的一个表面或两个表面上，并且中间层可以通过包括粘结剂而具有粘结力，因此可以在低压下容易地执行电极集流体和自支撑膜的层压。
[0176]
层压可以通过例如轧制执行。轧制的方法的示例包括辊式压制、平坦压制等，但不必限于此。轧制期间的压力可以是干电极的制备期间施加的压力的50％以下、10％以下或1％以下。轧制期间的压力可以是例如约0.01吨/cm至约10.0吨/cm或者约0.1吨/cm至约10.0吨/cm。当轧制期间的压力过度增大时，薄膜电极集流体会破裂。当轧制期间的压力太低时，电极集流体与电极活性物质层之间的结合力会降低。
[0177]
可以通过例如下面描述的示例性方法制备锂电池，但不限于此，方法可以根据所需条件而变化。
[0178]
首先，可以根据上面描述的电极制备方法来制备正极和负极中的一者或全部。可选地，当通过上面描述的电极制备方法来制备正极和负极中的一者时，可以通过湿制备方法制备另一电极。例如，通过制备包括电极活性物质、导电材料、粘结剂和溶剂的电极浆料，将所制备的电极浆料涂覆在电极集流体上并将其干燥，可以制备另一电极。包括在通过湿
法制备的电极中的导电材料和粘结剂可以选自干电极的制备中使用的导电材料和粘结剂。
[0179]
接下来，可以制备将要插入正极与负极之间的隔膜。
[0180]
为了用作隔膜，可以使用可用于本领域中的锂电池中的任何材料。作为隔膜，例如，可以使用对电解质的离子移动的阻力低且电解质保湿能力优异的隔膜。隔膜可以是例如包括选自玻璃纤维、聚酯、特氟龙、聚乙烯、聚丙烯、ptfe及其组合中的至少一种的无纺织物或纺织物。对于锂离子电池，例如，使用包括聚乙烯、聚丙烯等的可卷曲隔膜，对于锂离子聚合物电池，使用具有优异的有机电解质浸渍能力的隔膜。
[0181]
可以通过以下示例性方法制备隔膜，但是方法不限于此，而是可以根据所需条件而调整。
[0182]
首先，可以对聚合物树脂、填料和溶剂进行混合以制备隔膜组合物。可以将隔膜组合物直接施用在电极上并干燥以形成隔膜。可选地，可以将通过在支撑体上浇铸并干燥隔膜组合物然后将该组合物与支撑体分离而获得的膜层压在电极上以形成隔膜。
[0183]
用于制备隔膜的聚合物没有特别限制，并且可以使用可用于电极板的粘结剂的任何聚合物。例如，作为所述聚合物，可以使用偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、pvdf、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或其混合物。
[0184]
接下来，可以制备电解质。
[0185]
电解质可以是例如有机电解质溶液。可以例如通过将锂盐溶解在有机溶剂中来制备有机电解质溶液。
[0186]
为了用作有机溶剂，可以使用本领域中可用的任何合适的有机溶剂。有机溶剂可以是例如碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸氟代亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸甲异丙酯、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯、苄腈、乙腈、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、γ-丁内酯、二氧戊环、4-甲基二氧戊环、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二噁烷、1,2-二甲氧基乙烷、环丁砜、二氯乙烷、氯苯、硝基苯、二乙二醇、二甲醚或其混合物。
[0187]
为了用作锂盐，可以使用本领域中可用的任何合适的锂盐。锂盐可以是例如lipf6、libf4、lisbf6、liasf6、liclo4、licf3so3、li(cf3so2)2n、lic4f9so3、lialo2、lialcl4、lin(c
xf2x+1
so2)(c
yf2y+1
so2)(其中，x和y是大于0的自然数)、licl、lii或其混合物。
[0188]
可选地，电解质可以是固体电解质。固体电解质可以是例如氧化硼或氮氧化锂，但不限于此，可以使用本领域中可用作固体电解质的任何材料。固体电解质可以通过诸如溅射的方法形成在负极上，或者可以将单独的固体电解质片堆叠在负极上。固体电解质可以是例如氧化物类固体电解质或硫化物类固体电解质。
[0189]
参照图13，根据实施例的锂电池1包括正极3、负极2和隔膜4。正极3、负极2和隔膜4可以卷绕或折叠以形成电池结构7。电池结构7可以容纳在电池壳体5中。可以将有机电解质溶液注入到电池壳体5中，并且可以用盖组件6密封电池壳体5以完成锂电池1的制备。电池壳体5可以是圆柱形的，但不必限于此，例如，形状可以是正方形、薄膜等。
[0190]
参照图14，根据实施例的锂电池1a包括正极3a、负极2a和隔膜4a。隔膜4a可以布置在正极3a与负极2a之间，正极3a、负极2a和隔膜4a可以卷绕或折叠以形成电池结构7a。电池结构7a可以容纳在电池壳体5a中。可以包括电极接线片8a，电极接线片8a用作用于将在电池结构7a中形成的电流引导到外部的电路径。然后，可以用有机电解质溶液填充电池壳体
5a，然后密封电池壳体5a，从而完成锂电池1a的制备。电池壳体5a可以是正方形类型，但不必限于此，例如，形状可以是圆柱形、薄膜等。
[0191]
参照图15，根据实施例的锂电池1b包括正极3b、负极2b和隔膜4b。隔膜4b可以设置在正极3b与负极2b之间以形成电池结构7b。电池结构7b可以堆叠成双单体结构，然后容纳在电池壳体5b中。可以包括电极接线片8b，电极接线片8b用作用于将在电池结构7b中形成的电流引导到外部的电路径。然后，可以用有机电解质溶液填充电池壳体5b，然后密封电池壳体5b，从而完成锂电池1b的制备。电池壳体5b可以是正方形类型，但不必限于此，例如，形状可以是圆柱形、薄膜等。
[0192]
袋型锂电池可以各自对应于使用袋作为图13至图15的锂电池的电池壳体。这种袋型锂电池可以包括至少一个电池组件。隔膜可以布置在正极与负极之间以提供电池组件。在将电池组件堆叠成双单体结构之后，可以用有机电解质溶液浸渍堆叠的电池组件，然后将其容纳并密封在袋中以完成袋型锂电池。例如，尽管未在附图中示出，但是正极、负极和隔膜可以简单地堆叠并以电极组件的形式容纳在袋中。在实施例中，正极、负极和隔膜可以以卷芯的形式卷绕或折叠成电极组件，然后容纳在袋中。然后，可以将有机电解质注入袋中，然后将袋密封以完成锂电池的制备。
[0193]
由于锂电池具有优异的寿命特性和高倍率特性，因此锂电池可以用于电动车辆(ev)。例如，锂电池可以用于诸如插电式混合动力电动车辆(phev)的混合动力车辆。此外，锂电池可以用于需要大量的电力存储的领域。例如，锂电池可以用于电动自行车、动力工具等。
[0194]
多个锂电池可以堆叠以形成电池模组，并且多个电池模组可以形成电池组。这样的电池组可以用于需要高容量和高输出的任何装置。例如，电池组可以用于膝上型计算机、智能电话、电动车辆等。电池模组可以包括例如多个电池和用于保持多个电池的框架。电池组可以包括例如多个电池模组和将多个电池模组连接的汇流条。电池模组和/或电池组还可以包括冷却装置。多个电池组可以由电池管理系统控制。电池管理系统可以包括电池组和连接到电池组的电子控制装置。
[0195]
将通过以下示例和对比示例更详细地描述公开。然而，这些示例仅用于说明性目的，本公开的范围不限于此。
[0196]
(锂电池(半单体)的制备)
[0197]
示例1：干正极、集流体的全面布置、多个通孔、1％的通孔面积和1μm的通孔直径
[0198]
(正极的制备)
[0199]
将作为正极活性物质的lini
0.91
co
0.05
al
0.04
o2(在下文中称为nca91)、碳导电材料(例如，超导电乙炔炭黑(denka black))和聚四氟乙烯(ptfe)以93:4:3的重量比放入叶片式混合器中，并在25℃下以1000rpm的速度进行第一干混10分钟，从而制备活性物质、导电材料和粘结剂均匀地混合的第一混合物。
[0200]
随后，为了使粘结剂原纤化，将第一混合物另外在25℃下以5000rpm的速度进行第二干混20分钟，以制备第二混合物。在第一混合物和第二混合物的制备中，不使用单独的溶剂。
[0201]
将由此制备的第二混合物添加到挤压装置以进行挤压，从而制备呈片的形式的正极活性物质层的自支撑膜。挤压时的压力为50mpa。
[0202]
通过使用激光冲孔器，在正极活性物质层的自支撑膜中形成以恒定间隔周期性且规则地间隔开的多个通孔。
[0203]
这里，通孔的直径为1μm，并且通孔的形状为圆形。多个通孔形成为与正极活性物质层的自支撑膜的表面垂直。
[0204]
在正极活性物质层的一个表面的总表面面积中，由多个通孔占据的面积的占比为1％。
[0205]
在具有12μm的厚度的铝薄膜的两个表面上，制备其上布置有碳层作为中间层的正极集流体。
[0206]
通过在铝薄膜上涂覆包括碳导电材料(例如，超导电乙炔炭黑)和pvdf的组合物并干燥该涂覆物来制备碳层。这里，布置在铝薄膜的一个表面上的碳层的厚度为约1μm。
[0207]
通过布置第一正极活性物质层的自支撑膜，在第一正极活性物质层的自支撑膜上布置正极集流体，并且在正极集流体上布置第二正极活性物质层的自支撑膜，制备具有正极活性物质层/碳层/铝/碳层/正极活性物质的层压体。这里，正极集流体的宽度和长度与正极活性物质层的自支撑膜的宽度和长度相同。
[0208]
将所制备的层压体轧制以制备具有均匀厚度的干正极。轧制期间的压力为3.0吨/cm。干正极的厚度为200μm。通过使用扫描电子显微镜在干正极的剖面上测量干正极的厚度。
[0209]
作为通过使用扫描电子显微镜测量所制备的正极的剖面的结果，与通孔的底表面相邻的正极集流体的表面是平坦的，并且没有观察到凹陷或毛刺。
[0210]
中间层布置在通孔的底表面上，因此，中间层使通孔与正极集流体分离。
[0211]
通孔的直径d1与电极活性物质层的厚度t1之比d1/t1为0.01。
[0212]
(币式电池的制备)
[0213]
通过使用上面制备的正极、作为对电极的锂金属、ptfe隔膜和作为电解质的使1.3m lipf6溶解在碳酸亚乙酯(ec)+碳酸甲乙酯(emc)+碳酸二甲酯(dmc)(体积比为3:4:3)中的溶液来制备币式电池。
[0214]
示例2：干正极、集流体的全面布置、多个通孔、5％的通孔面积和1μm的通孔直径
[0215]
(正极的制备)
[0216]
除了将正极活性物质层的一个表面的总面积中由通孔占据的面积的占比增加至5％之外，以与示例1中的方法相同的方法制备正极。
[0217]
(币式电池的制备)
[0218]
除了使用上面制备的正极之外，通过与示例1中的工艺相同的工艺制备币式电池。
[0219]
示例3：干正极、集流体的全面布置、多个通孔、0.2％的通孔面积和1μm的通孔直径
[0220]
(正极的制备)
[0221]
除了将正极活性物质层的一个表面的总面积中由通孔占据的面积的占比减小至0.2％之外，以与示例1的方法相同的方法制备正极。
[0222]
(币式电池的制备)
[0223]
除了使用上面制备的正极之外，通过与示例1中的工艺相同的工艺制备币式电池。
[0224]
示例4：干正极、集流体的全面布置、多个通孔、1％的通孔面积和10μm的通孔直径
[0225]
(正极的制备)
[0226]
除了将通孔的直径增大至10μm之外，通过与示例1中的工艺相同的工艺制备干电极。通孔的直径d1与电极活性物质层的厚度t1之比d1/t1为0.1。
[0227]
(币式电池的制备)
[0228]
除了使用上面制备的正极之外，通过与示例1中描述的工艺相同的工艺制备币式电池。
[0229]
示例5：干正极、集流体的全面布置、多个通孔、1％的通孔面积和0.1μm的通孔直径
[0230]
(正极的制备)
[0231]
除了将通孔的直径减小至0.1μm之外，通过与示例1的方法相同的方法制备干电极。通孔的直径d1与电极活性物质层的厚度t1之比d1/t1为0.001。
[0232]
(币式电池的制备)
[0233]
除了使用上面制备的正极之外，通过与示例1中的工艺相同的工艺制备币式电池。
[0234]
示例6：干正极、集流体的部分布置、多个通孔、1％的通孔面积和1μm的通孔直径
[0235]
(正极的制备)
[0236]
除了使用宽度与正极活性物质层的自支撑膜的宽度相同并且长度为正极活性物质层的自支撑膜的长度的1/4的正极集流体作为正极集流体之外，通过与示例1中的方式相同的方式制备电极。
[0237]
所制备的干正极具有图6a中所示的剖面。所制备的正极具有由第一区域d1和第二区域d2组成的结构，在第一区域d1中，正极集流体布置在正极活性物质层的两个表面之间，在第二区域d2中，正极集流体未布置在正极活性物质层的两个表面之间。多个通孔布置在第一区域d1和第二区域d2两者中。
[0238]
(币式电池的制备)
[0239]
除了使用上面制备的正极之外，通过与示例1中的工艺相同的工艺制备币式电池。
[0240]
对比示例1：湿正极、集流体的全面布置、多个通孔、1％的通孔面积和1μm的通孔直径
[0241]
(正极的制备)
[0242]
将作为正极活性物质的lini
0.91
co
0.05
al
0.04
o2、碳导电材料(例如，超导电乙炔炭黑)和pvdf以92:4:4的重量比混合的混合物与nmp在玛瑙研钵中混合以制备浆料。
[0243]
将浆料完全棒涂在具有15μm的厚度的铝集流体的一个表面上，在室温下干燥，然后在120℃下在真空下再次干燥，以引入第一正极活性物质层。
[0244]
随后，通过相同的方法，将第二正极活性物质层引入到铝集流体的另一表面上，从而制备层压体。将所制备的层压体轧制以制备正极。轧制期间的压力为4.0吨/cm。
[0245]
通过使用激光冲孔器，在制备的正极的两个表面中形成以恒定间隔周期性且规则地间隔开的多个通孔。
[0246]
这里，通孔的直径为1μm，并且通孔的形状为圆形。多个通孔形成为与正极活性物质层的自支撑膜的表面垂直。
[0247]
在正极活性物质层的一个表面的总面积中，由多个通孔占据的面积的占比为1％。这里，通孔的深度与正极活性物质层的厚度相同。
[0248]
作为通过使用扫描电子显微镜测量所制备的正极的剖面的结果，正极集流体的与通孔的底表面相邻的表面的一部分在通孔的形成期间因激光而凹陷，并且产生毛刺。
[0249]
所制备的正极具有图2a中所示的剖面结构。
[0250]
(币式电池的制备)
[0251]
除了使用上面制备的正极之外，通过与示例1中的工艺相同的工艺制备币式电池。
[0252]
对比示例2：湿正极、集流体的全面布置、不包括通孔
[0253]
(正极的制备)
[0254]
除了不包括在正极活性物质层中引入通孔的步骤之外，通过与对比示例1中的工艺相同的工艺制备电极。
[0255]
(币式电池的制备)
[0256]
除了使用上面制备的正极之外，通过与示例1中的工艺相同的工艺制备币式电池。
[0257]
对比示例3：干正极、集流体的全面布置、不包括通孔
[0258]
(正极的制备)
[0259]
除了不包括在正极活性物质层中引入通孔的步骤之外，通过与示例1中的工艺相同的工艺制备干电极。
[0260]
(币式电池的制备)
[0261]
除了使用上面制备的正极之外，通过与示例1中的工艺相同的工艺制备币式电池。
[0262]
对比示例4：干正极、集流体的全面布置、不包括中间层
[0263]
除了使用具有12μm的厚度且未涂覆碳层的铝薄膜作为正极集流体之外，通过与示例1中的工艺相同的工艺制备干电极。
[0264]
由于在所制备的正极中，正极活性物质层的一部分保持与正极集流体分离，因此无法制备出币式电池。
[0265]
评价示例1：正极活性物质层的垂直力的评价i
[0266]
使用saicas(saicas en-ex，daipla wintes，日本)对示例1至示例6和对比示例1至对比示例4中制备的正极中包括的正极活性物质层的粘结特性进行分析。
[0267]
对正极集流体布置在正极活性物质层的两个表面之间的第一区域进行分析。对不包括通孔的区域执行示例1的正极的结合特性分析的分析。
[0268]
通过使用具有1mm的宽度的金刚石叶片在10
°
的间隙角(clearance angle)、20
°
的前角(rake angle)、45
°
的剪切角(shear angle)、4μm/s的水平速度和0.4μm/s的竖直速度下执行恒速分析来测量根据深度的垂直力(fv)。
[0269]
首先，从包括在第一区域中的正极活性物质层的表面上的第一位置到正极集流体的表面执行第一恒速分析，并且沿着正极集流体的表面水平移动叶片以去除正极活性物质层。然后，在从第一位置向后10μm的位置处，在与第一恒速分析的条件相同的条件下执行第二恒速分析。使用从第二恒速分析测量的数据。
[0270]
对于正极活性物质层，测量出正极活性物质层的垂直力，并且将测量的数据标准化为结合力图面积，以导出根据正极活性物质层的深度的垂直相对力(f
vr
)。
[0271]
对于正极活性物质层的垂直力，使用从第一点到第二点的断面中测量的数据，第一点与正极活性物质层的表面间隔相对于正极活性物质层的总厚度的5％，第二点与电极集流体的表面间隔相对于正极活性物质层的总厚度的5％。也就是说，排除正极活性物质层的表面附近的数据和电极集流体的表面附近的数据以防止测量误差。
[0272]
通过得出的正极活性物质层的垂直相对力(f
vr
)数据，使用下面的等式1计算垂直
相对力(f
vr
)的变化率。在下面的表1中示出了结果中的一些。
[0273]
等式1
[0274]
垂直相对力(f
vr
)的变化率＝[(垂直相对力的最大值-垂直相对力的最小值)/垂直相对力的最小值]
×
100％
[0275]
表1
[0276] 垂直相对力的变化率[％]对比示例21718示例195
[0277]
如表1中所示，示例1的正极中包括的正极活性物质层的垂直相对力的变化率小于或等于300％。
[0278]
因此，证实了正极活性物质层具有均匀的结合力和组分分布，而与正极活性物质层的厚度方向上的位置无关。
[0279]
同时，对比示例2的正极中包括的正极活性物质层的垂直相对力的变化率大于300％。
[0280]
因此，确认了正极活性物质层具有根据正极活性物质层的厚度方向上的位置而显著变化的结合力和组分分布。
[0281]
评价示例2：正极活性物质层的水平力的评价ii
[0282]
使用saicas(saicas en-ex，daipla wintes，日本)对示例1至示例6和对比示例1至对比示例4中制备的正极中包括的正极活性物质层的粘结特性进行分析。
[0283]
对其中正极集流体布置在正极活性物质层的两个表面之间的第一区域执行分析。对不包括通孔的区域执行示例1的正极的结合特性分析的分析。
[0284]
通过使用具有1mm的宽度的金刚石叶片在10
°
的间隙角、20
°
的前角、45
°
的剪切角、4μm/s的水平速度和0.4μm/s的垂直速度下执行恒速分析来测量根据深度的水平力(fh)。
[0285]
首先，从包括在第一区域中的正极活性物质层的表面上的第一位置到正极集流体的表面执行第一恒速分析，并且沿着正极集流体的表面水平移动叶片以去除正极活性物质层。然后，在从第一位置向后10μm的位置处，在与第一恒速分析的条件相同的条件下执行第二恒速分析。使用从第二恒速分析测量的数据。
[0286]
测量出在与正极活性物质层的表面间隔开相对于正极活性物质层的总厚度的10％的第一点处的第一水平力(f
h1
)和在与正极集流体的表面间隔开相对于正极活性物质层的总厚度的10％的第二点处的第二水平力(f
h2
)。
[0287]
在下面的表2中示出了评价水平力的结果中的一些。第二点处的水平力与第一点处的水平力之比由下面的等式2定义。
[0288]
等式2
[0289]
第二点处的水平力与第一点处的水平力之比(％)＝[f
h2
/f
h1
]
×
100％
[0290]
表2
[0291]
ꢀꢀ
水平力之比[％]对比示例245示例175
[0292]
如表2中所示，与对比示例2的正极活性物质层相比，示例1的正极活性物质层中的
水平力之比增大。
[0293]
作为结果，证实了，与对比示例2的正极活性物质层相比，示例1的正极活性物质层具有更均匀的结合力和组分分布。
[0294]
评价示例3：可拉伸性的评价
[0295]
通过使用万能试验机确定示例6和对比示例1至对比示例3的正极的可拉伸性。
[0296]
在将正极的在纵向方向上的两个末端固定之后，将正极在其纵向方向上拉伸与正极的长度的10％对应的距离，然后收缩至正极的初始长度，从而确定正极的可拉伸性。
[0297]
在示例6的正极中，在拉伸和收缩之后，在正极上没有出现裂纹等。因此，证实了示例6的正极是可拉伸的。
[0298]
在对比示例1至对比示例3的正极中，由于在正极集流体上出现的裂纹，在正极上出现了裂纹。因此，对比示例1至对比示例3的正极不是可拉伸的。
[0299]
评价示例4：室温下的充/放电特性的评价
[0300]
将示例1至示例6和对比示例1至对比示例3中制备的锂电池中的每个在25℃下以0.1c倍率的恒定电流充电，直到电压达到4.4伏特(v)(相对于li)，然后在0.05c倍率的电流下切断，同时以恒定电压模式将电压保持在4.4v。随后，将锂电池中的每个以0.1c倍率的恒定电流放电，直到电压达到2.8v(相对于li)(化成循环)。
[0301]
将已经经历化成循环的锂电池中的每个在25℃下以0.5c的倍率以恒定电流充电，直到电压达到4.4v(相对于li)。随后，将锂电池中的每个以0.5c倍率的恒定电流放电，直到在放电期间电压达到2.8v(相对于li)，并且在相同条件下重复该循环直到第100次循环(重复100次)。
[0302]
在所有充/放电循环中，在每一次充/放电循环之后提供10分钟的停止时间。在表3中示出了室温充/放电测试的结果中的一些。第100次循环下的容量维持率由下面的等式3定义。
[0303]
等式3
[0304]
容量维持率[％]＝[第100次循环的放电容量/第1次循环的放电容量]
×
100％
[0305]
表3
[0306][0307]
如表3中所示，与对比示例1至对比示例3的锂电池相比，示例1至示例6的锂电池具有改善的高温寿命特性。
[0308]
具体地，与对比示例2和对比示例3的采用不包括通孔的正极的锂电池相比，示例1至示例6的采用包括通孔的正极的锂电池表现出改善的高温寿命特性。
[0309]
与对比示例1的采用包括具有毛刺的通孔的湿正极的锂电池相比，示例1至示例6的采用包括无毛刺的通孔的干正极的锂电池表现出改善的高温寿命特性。
[0310]
评价示例5：室温下的高倍率性能的评价
[0311]
将示例1至示例6和对比示例1至对比示例3中制备的锂电池中的每个在25℃下以0.1c倍率的恒定电流充电，直到电压达到4.4电压(v)(相对于li)，然后在0.05c倍率的电流下切断，同时以恒定电压模式将电压保持在4.4v。随后，将锂电池中的每个以0.1c倍率的恒定电流放电，直到电压达到2.8v(相对于li)(化成循环)。
[0312]
将已经经历化成循环的锂电池中的每个在25℃下以0.2c的倍率以恒定电流充电，直到电压达到4.4v(相对于li)。随后，将锂电池中的每个以0.2c的恒定电流倍率放电，直到在放电期间达到2.8v(相对于li)的电压(第1次循环)。
[0313]
将已经经历第1次循环的锂电池中的每个在25℃下以0.2c的倍率以恒定电流充电，直到电压达到4.4v(相对于li)。随后，将电池以0.33c的恒定电流倍率放电，直到电压达到2.8v(相对于li)(第2次循环)。
[0314]
将已经经历第2次循环的锂电池中的每个在25℃下以0.2c的倍率以恒定电流充电，直到电压达到4.4v(相对于li)。随后，将电池以0.5c的恒定电流倍率放电，直到电压达
到2.8v(相对于li)(第3次循环)。
[0315]
将已经经历第3次循环的锂电池中的每个在25℃下以0.2c的倍率以恒定电流充电，直到电压达到4.4v(相对于li)。随后，将锂电池中的每个以1.0c的恒定电流倍率放电，直到在放电期间达到2.8v(相对于li)的电压(第4次循环)。
[0316]
将已经经历第4次循环的锂电池中的每个在25℃下以0.2c的倍率以恒定电流充电，直到电压达到4.4v(相对于li)。随后，将锂电池中的每个以2.0c的恒定电流倍率放电，直到在放电期间达到2.8v(相对于li)的电压(第5次循环)。
[0317]
将已经经历第5次循环的锂电池中的每个在25℃下以0.2c的倍率以恒定电流充电，直到电压达到4.4v(相对于li)。随后，将锂电池中的每个以3.0c的恒定电流倍率放电，直到在放电期间达到2.8v(相对于li)的电压(第6次循环)。
[0318]
在所有充/放电循环中，在每一次充/放电循环之后提供10分钟的停止时间。在表4中示出了室温充/放电测试的结果中的一些。高倍率性能由等式4定义。
[0319]
等式4
[0320]
高倍率性能(％)＝(第5次循环的放电容量/第1次循环的放电容量)
×
100％
[0321]
表4
[0322][0323]
如表4中所示，与对比示例1至对比示例3的锂电池相比，示例1至示例6的锂电池具有改善的高倍率性能。
[0324]
具体地，与对比示例2和对比示例3的采用不包括通孔的正极的锂电池相比，示例1
至示例6的采用包括通孔的正极的锂电池表现出改善的高倍率性能。
[0325]
与对比示例1的采用包括具有毛刺的通孔的湿正极的锂电池相比，示例1至示例6的采用包括无毛刺的通孔的干正极的锂电池表现出改善的高倍率性能。
[0326]
根据一方面，由于在电极活性物质层中包括通孔，因此采用这种电极的锂电池可以具有改善的循环特性。
[0327]
此外，由于组成成分在电极内部均匀地分布，因此采用这种电极的锂电池可以具有改善的高倍率性能。
[0328]
应当理解的是，这里描述的实施例应当仅以描述性意义考虑，而不是为了限制的目的。每个实施例内的特征或方面的描述通常应被认为可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。虽然已经参照附图描述了一个或更多个实施例，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如由所附权利要求限定的公开的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。

技术特征：
1.一种电极，所述电极包括：电极活性物质层，包括电极活性物质、粘结剂和多个通孔；电极集流体，布置在所述电极活性物质层的一个表面上或两个表面之间；以及中间层，布置在所述电极活性物质层与所述电极集流体之间，其中，所述电极活性物质层是自支撑膜，并且所述电极活性物质层的所述多个通孔延伸至所述中间层。2.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极集流体构成所述多个通孔的底部，并且阻挡所述多个通孔的一端。3.根据权利要求1所述的电极，其中，从所述电极集流体到所述多个通孔没有延伸的毛刺或凹陷。4.根据权利要求1所述的电极，其中，所述中间层布置在所述多个通孔与所述电极集流体之间，并且使所述多个通孔和所述电极集流体分离。5.根据权利要求1所述的电极，其中，所述多个通孔中的每个的与所述中间层或所述电极集流体接触的一端的直径大于所述多个通孔中的每个的暴露于所述电极活性物质层的表面的另一端的直径。6.根据权利要求1所述的电极，其中，所述中间层包括粘结剂，所述粘结剂包括从导电粘结剂和非导电粘结剂中选择的至少一种，并且所述粘结剂包括氟类粘结剂。7.根据权利要求6所述的电极，其中，所述中间层还包括碳基导电材料。8.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极活性物质层的一个表面包括第一开口，所述多个通孔布置在所述第一开口上，并且所述第一开口的表面积小于或等于所述电极活性物质层的所述一个表面的总面积的99％，并且所述多个通孔的平均直径d1与所述电极活性物质层的厚度t1之比d1/t1在0.001至0.1的范围内。9.根据权利要求1所述的电极，其中，所述粘结剂是干粘结剂，所述干粘结剂包括原纤化粘结剂，并且所述干粘结剂包括氟类粘结剂。10.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极活性物质层还包括导电材料，所述导电材料是干导电材料，并且所述干导电材料包括碳基导电材料。11.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极集流体布置在所述电极活性物质层的所述一个表面的一部分上或所述两个表面之间的一部分上，所述电极包括：第一区域，包括所述电极活性物质层和布置在所述电极活性物质层的所述一个表面上或所述两个表面之间的电极集流体；以及第二区域，包括所述电极活性物质层并且在所述电极活性物质层的所述一个表面上或所述两个表面之间不包括所述电极集流体，所述第一区域和所述第二区域包括所述多个通孔，所述电极活性物质层包括：第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；第一侧表面和与所述第一侧表面相对的第二侧表面，所述第一侧表面和所述第二侧表面连接到所述第一表面和所述第二表面的纵向端部；以及第三侧表面和与所述第三侧表面相对的第四侧表面，所述第三侧表面和所述第四侧表面连接到所述第一表面和所述第二表面的横向端部，所述第一区域由所述第一表面、所述第二表面、所述第三侧表面和所述第四侧表面限
定，并且是包括布置在所述第一表面与所述第二表面之间的所述电极集流体的区域，并且所述第二区域由所述第一表面、所述第二表面、所述第三侧表面和所述第四侧表面限定，并且是在所述第一表面与所述第二表面之间没有布置所述电极集流体的区域。12.根据权利要求11所述的电极，其中，所述电极活性物质层具有第一面积，所述第一面积由所述电极活性物质层的纵向方向上的第一距离和横向方向上的第一距离限定，所述电极集流体具有第二面积，所述第二面积由所述电极集流体的纵向方向上的第二距离和横向方向上的第二距离限定，并且所述电极集流体的所述第二面积小于或等于所述电极活性物质层的所述第一面积的100％。13.根据权利要求11所述的电极，其中，所述电极集流体的所述纵向方向上的所述第二距离小于或等于所述电极活性物质层的所述纵向方向上的所述第一距离的100％，或者所述电极集流体的所述横向方向上的所述第二距离小于或等于所述电极活性物质层的所述横向方向上的所述第一距离的100％，或者所述电极集流体的所述纵向方向上的所述第二距离小于或等于所述电极活性物质层的所述纵向方向上的所述第一距离的100％，并且所述电极集流体的所述横向方向上的所述第二距离小于或等于所述电极活性物质层的所述横向方向上的所述第一距离的100％。14.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极集流体包括基体膜和设置在所述基体膜的一侧或两侧上的金属层，所述基体膜包括聚合物，并且所述聚合物包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺或它们的组合，所述金属层包括铟、铜、镁、不锈钢、钛、铁、钴、镍、锌、铝、锗、锂或它们的合金。15.一种锂电池，所述锂电池包括：正极；负极；以及电解质，布置在所述正极与所述负极之间，其中，所述正极和所述负极中的至少一者包括权利要求1至14中的任一项所述的电极。16.一种制备电极的方法，所述方法包括：通过对电极活性物质、干导电材料和干粘结剂进行干混来制备干混合物；通过轧制或挤压所述干混合物来制备自支撑膜；在所述自支撑膜中引入多个通孔；提供电极集流体，在所述电极集流体中，中间层布置在所述电极集流体的一个表面或两个表面上；以及将所述自支撑膜设置在所述电极集流体的一个表面或两个表面上，以布置电极活性物质层。

技术总结
提供了一种电极、包括电极的锂电池以及制备电极的方法，所述电极包括：电极活性物质层，包括电极活性物质、粘结剂和多个通孔；电极集流体，布置在电极活性物质层的一个表面上或电极活性物质层的两个表面之间；以及中间层，布置在电极活性物质层与电极集流体之间，其中，电极活性物质层是自支撑膜，并且包括在电极活性物质层中的所述多个通孔延伸至中间层。性物质层中的所述多个通孔延伸至中间层。性物质层中的所述多个通孔延伸至中间层。


技术研发人员：李珍宪 权一京 南铉 李东根 片雅灆
受保护的技术使用者：三星SDI株式会社
技术研发日：2023.02.03
技术公布日：2023/8/5