[發明專利]被保護的負極以及包括其的鋰空氣電池和全固體電池

有效

• 申請號: 201210539763.4
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN103165864B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 李東埈;山本治;今西誠之;林東民;武田保雄
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社;國立大學法人三重大學
• 主分類號: H01M4/136
• 分類號: H01M4/136;H01M12/06
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 金擬粲

相關申請的交叉引用

本申請要求2011年12月13日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請No.10-2011-0134004的權益，其公開內容通過參考全部引入本文。

技術領域

本公開內容涉及被保護的負極(protected?anode)、包括其的鋰空氣電池、和包括所述被保護的負極的全固體電池。

背景技術

已知鋰空氣電池包括使得實現鋰離子的嵌入/脫嵌的負極、包括用于用作正極活性物質的空氣中的氧氣的氧化和還原的催化劑的正極、以及介于正極和負極之間的鋰離子傳導介質。

鋰空氣電池具有3000Wh/kg或更大的理論能量密度，其是鋰離子電池的理論能量密度的約10倍大。另外，鋰空氣電池是環境友好的且比鋰離子電池更穩定，和因此，正在積極地進行對鋰空氣電池的研究。

金屬鋰用作鋰空氣電池的負極活性物質，因為鋰空氣電池具有高的容量。然而，金屬鋰是不穩定的且高度反應性的，和因此，其對熱或沖擊是敏感的且具有高的爆炸風險。當將包括金屬鋰的負極充電時，大量的枝晶鋰沉積在金屬鋰的表面上。結果，鋰空氣電池的充電和放電效率惡化或負極可與正極斷開。

發明內容

提供具有高的穩定性的被保護的負極。

提供包括所述被保護的負極的鋰空氣電池。

提供包括所述被保護的負極的全固體電池。

另外的方面將在隨后的描述中部分地闡明，且部分地將從所述描述明晰，或者可通過所提供的實施方式的實踐獲知。

根據本發明的一個方面，被保護的負極包括：包括鋰鈦氧化物的負極；和形成于所述負極的表面上并包括由下式1表示的化合物的保護層：

<式1>

Li_1+XM_XA_2-XSi_YP_3-YO₁₂

其中M為選自如下的至少一種：鋁(Al)、鐵(Fe)、銦(In)、鈧(Sc)、和鉻(Cr)，

A為選自如下的至少一種：鍺(Ge)、錫(Sn)、鉿(Hf)、和鋯(Zr)，

X為0~1的數，和

Y為0~1的數。

根據本發明的另一方面，鋰空氣電池包括：上述的被保護的負極；和包括氧氣作為正極活性物質的正極。

根據本發明的另一方面，全固體電池包括上述的被保護的負極。

附圖說明

從結合附圖考慮的實施方式的下列描述，這些和/或其它方面將變得明晰和更容易理解，在附圖中：

圖1是顯示由其中0≤X≤0.4的鋰(Li)/Li_1+x+yTi_2-xAl_x(PO₄)₃表示的單元電池(cell)的充電/放電量變曲線(profile)的圖；

圖2是說明根據實施方式的被保護的負極的結構的圖；

圖3A和3B是說明根據實施方式的鋰空氣電池的結構的示意圖；

圖4是說明根據實施方式的全固體電池的結構的圖；

圖5A和5B是顯示根據實施例1制造的單元電池的阻抗和電導率的圖；

圖6A和6B是顯示根據對比例1制造的單元電池的阻抗和電導率的圖；和

圖7是顯示實施例1以及對比例1和2的單元電池各自的電導率的變化的圖。

具體實施方式

現在將詳細介紹實施方式，其實例說明于附圖中，其中相同的附圖標記始終是指相同的元件。在這點上，當前的實施方式可具有不同的形式并且不應解釋為限于本文中所闡明的描述。因此，下面僅通過參考附圖描述實施方式，以解釋本描述的方面。

在下文中，將參照附圖詳細地描述被保護的負極、包括其的鋰空氣電池、和包括所述被保護的負極的全固體電池的示例性實施方式。

根據本發明的實施方式，被保護的負極包括：包括鋰鈦氧化物的負極；和在所述負極的表面上包括由下式1表示的化合物的保護層：

<式1>

Li_1+XM_XA_2-XSi_YP_3-YO₁₂

其中M為選自如下的至少一種：鋁(Al)、鐵(Fe)、銦(In)、鈧(Sc)、和鉻(Cr),

A為選自如下的至少一種：鍺(Ge)、錫(Sn)、鉿(Hf)、和鋯(Zr)，

X為0~1的數，和