[發明專利]鋰二次電池用電極組件和包含其的鋰二次電池及電池模塊

有效

• 申請號: 201680052755.3
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN108028413B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 樸寅臺;梁斗景
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M10/04
• 分類號: H01M10/04;H01M4/62;H01M4/66;H01M10/052;H01M50/10
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊海榮;穆德駿

本發明涉及一種鋰二次電池用電極組件、包含其的鋰二次電池及電池模塊，更具體地涉及一種鋰二次電池用電極組件和包含其的鋰二次電池及電池模塊，所述電極組件能夠通過改變鋰正極集電器的形態并由此使暴露于電解質的正極集電器的界面最小化而根本地阻斷由現有的電解質造成的集中于負極集電器的腐蝕反應。

技術領域

本申請要求2016年2月24日提交給韓國知識產權局的韓國專利申請號10-2016-0021618和2016年11月28日提交給韓國知識產權局的韓國專利申請號10-2016-0158987的優先權的權益，并通過引用將其全部內容并入本文中。

本發明涉及具有改善的負極結構的鋰二次電池用電極組件，和包含其的鋰二次電池及電池模塊。

背景技術

隨著電子、通訊和計算機產業的快速發展，儲能技術的應用領域已擴展至便攜式攝像機、移動電話、膝上型電腦、PC以及進一步的電動車輛。因此，正在對輕的、可長時間使用并且高度可靠的高性能二次電池進行開發。

作為滿足這樣的需求的電池，鋰二次電池已受到了關注。

鋰二次電池具有包含正極、負極和置于正極與負極之間的隔膜的電極組件被層壓或卷繞的結構，并且通過將該電極組件內置于電池殼中并向其中注入電解質而形成。鋰二次電池在鋰離子嵌入/脫出正極和負極時通過氧化還原反應產生電能。

鋰二次電池的負極通常具有將鋰片層壓在銅箔集電器上的形態。當使該負極與液體電解質接觸時，液體電解質滲透進鋰片/負極集電器之間的界面中，并且發生強烈的腐蝕反應。鋰穩定性由于腐蝕反應而降低，導致在負極表面上形成晶態或無定形的層結構或由于放熱反應而使溫度局部地升高的問題。

鑒于這樣的問題，韓國專利公開號2006-0125852提出了在電極表面上形成包含添加劑如硝酸鋰(LiNO₃)的保護層的技術。這樣的方法可以解決上述問題，但是由于在電極上形成單獨的保護層，因此造成工序增加、電池重量增加以及由此導致的成本增加。

因此，提出了在現有結構上使用絕緣膠帶來代替添加功能層如保護層的方法。考慮到普通負極集電器被制造成尺寸大于鋰片，并且特別是在鋰片/負極集電器之間的界面處嚴重地發生腐蝕反應，提出了將絕緣膠帶貼附到不與鋰片鄰接的負極集電器的外周面、或者是形成絕緣層的方法。然而，不能忽視由絕緣膠帶/絕緣層形成或工序增加而導致的成本方面。

同時，在鋰二次電池中，使用硫系材料作為正極活性材料的鋰硫電池最近受到了很多關注。鋰硫電池具有1672mAh/克硫的理論放電容量和相比于目前所研究的其它電池體系的理論能量密度(Ni-MH電池：450Wh/kg，Li-FeS電池：480Wh/kg，Li-MnO₂電池：1000Wh/kg，Na-S電池：800Wh/kg)而言非常高的2600Wh/kg的理論能量密度，并且作為具有高能量密度性質的電池而受到了關注。

然而，在實際使用鋰硫電池時要得到這樣的理論值在各方面均存在限制。

鋰硫電池的主要問題根本上歸因于因多硫化物溶解引起對于硫的氧化還原反應的惰性反應而造成的獨特穿梭機制(shuttle mechanism)。換而言之，當其中多硫化物(其為以在末端具有鋰的硫鏈的形式形成的水溶性中間體)在正極與負極之間進行擴散而沒有被利用的同時在電池內被消耗的穿梭現象頻繁發生時，在電池中產生連續的電流，由此放電的產物沉積在電極表面上，或者溶解的多硫化物不能再循環成硫，結果是放電容量降低。這樣的現象被稱為自放電，并且作為降低電池使用效率的主要原因之一，這已經作為要解決的重要課題而受到了關注。

鑒于以上所述，已經進行了各種嘗試以改善鋰硫電池的自放電。