[發明專利]鋰電極和包含該鋰電極的鋰二次電池

有效

• 申請號: 201480009757.5
• 申請日: 2014-09-03
• 公開（公告）號: CN105074968B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 孫炳國;張民哲;金有美;樸奇秀
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/64;H01M4/62;H01M4/48;H01M10/052;H01M2/14;H01M10/056
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 蔡勝有,冷永華

技術領域

本公開涉及鋰電極和包含該鋰電極的鋰二次電池，更具體而言，涉及可以防止在鋰二次電池工作期間鋰枝晶生長的鋰電極，和包含該鋰電極的鋰二次電池。

本申請要求2013年9月11日在韓國提交的韓國專利申請第10-2013-0109371號和2014年9月1日在韓國提交的韓國專利申請第10-2014-0115488號的優先權，其通過引用并入本文。

背景技術

近來，對于能量儲存技術的關注日益增加。在手機、攝像機、筆記本電腦、PC和電動車的領域中已廣泛使用電化學裝置作為能源，而導致對其的深入研究和開發。在這方面，電化學裝置是極受關注的主題之一。特別地，可再充電二次電池的開發是關注的焦點。近來，這種電池的研究和開發集中在新電極和電池的設計以改善容量密度和比能量。

目前有許多二次電池可供使用。其中，20世紀90年代早期開發的鋰二次電池由于其比傳統的基于水性電解質的電池(例如Ni-MH、Ni-Cd和H₂SO₄-Pb電池)工作電壓更高且能量密度高得多的優點，已引起特別的關注。

通常，二次電池通過將由陽極、陰極和置于其間的隔板組成的電極組合件以層合結構或纏繞結構的形式嵌入電池殼中且將非水性電解質溶液引入其中而構成。

作為陽極，經常使用鋰電極，該鋰電極通常通過將鋰箔附接在平面集流體上而形成。在具有這種鋰電極的電池工作之時，電子通過集流體轉移進入鋰箔以產生單向流。由此，在鋰表面上的電子密度變得不均勻，從而可能形成鋰枝晶。鋰枝晶可能對隔板造成損壞且在鋰二次電池中造成短路。

為了解決該問題，已嘗試使鋰表面的頂部涂覆有用于鋰離子傳導的保護膜，從而防止鋰枝晶的形成。然而，用于鋰離子傳導的保護膜通常在電池的充電和放電期間由于鋰的減少和增加而剝離。

發明內容

技術問題

設計本公開以解決現有技術的問題，因此本公開的一個目的為提供鋰電極，其可以改進鋰金屬和集流體之間的接觸面且使得電子能夠在鋰電極中均勻分布以防止在鋰二次電池的工作期間鋰枝晶的生長，此外可以保留用于鋰離子傳導的保護膜而在電池的充電和放電期間不剝離。

技術解決方案

為了實現上述目的，根據本公開的一個方面，提供了鋰電極，其包括含有多孔金屬集流體和嵌入存在于該金屬集流體中的孔的鋰金屬的電極復合材料；以及用于鋰離子傳導的保護膜，所述保護膜形成在電極復合材料的至少一個表面上。

該鋰金屬可以以按電極復合材料的總重量計1至50重量％的量嵌入。

金屬集流體可以由選自銅、鎳、鐵、鉻、鋅、不銹鋼及其混合物中的任一種制成。

金屬集流體可以具有50至99％的孔隙率。

孔可以具有5至500μm的尺寸。

金屬集流體可以呈金屬網或金屬泡沫的形式。

用于鋰離子傳導的保護膜可以由選自以下的任一種制成：聚環氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共聚-六氟丙烯(PVDF-共聚-HFP)、LiPON、Li₃N、Li_xLa_1-xTiO₃(0＜x＜1)、Li₂S-GeS-Ga₂S₃及其混合物。

用于鋰離子傳導的保護膜可以具有0.01至50μm的厚度。

根據本公開的另一方面，提供了鋰二次電池，其包括含有陰極、陽極及置于其間的隔板的電極組合件；用于接納該電極組合件的電池殼；以及引進電池殼內以含浸于電極組合件中的非水性電解質溶液，其中所述陽極為本公開的上述鋰電極。

陰極可包含選自以下的陰極活性材料：LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiCoPO₄、LiFePO₄、LiNiMnCoO₂、LiNi_1-x-y-zCo_xM1_yM2_zO₂(其中M1和M2各自獨立地選自Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo，并且x、y和z各自獨立地為形成氧化物的元素的原子分數，其中0≤x＜0.5，0≤y＜0.5，0≤z＜0.5，且x+y+z≤1)，及其混合物。