[發明專利]隔膜和包含該隔膜的鋰硫電池

有效

• 申請號: 201780047488.5
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN109565018B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 宋知恩;孫權男;梁斗景;金倫耕
• 申請（專利權）人: 株式會社LG新能源
• 主分類號: H01M50/451
• 分類號: H01M50/451;H01M10/052
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陳海濤;穆德駿

本發明涉及隔膜和包含該隔膜的鋰硫電池，所述隔膜具有在至少一面上涂覆有氧化石墨烯和氮化硼的多孔基材，從而能夠同時解決常規鋰硫電池中產生的多硫化鋰和鋰枝晶所引起的問題。

技術領域

本申請要求2016年12月27日提交的韓國專利申請第10-2016-0180433號的優先權和權益，其公開內容通過引用被整體并入本文中。

本發明涉及一種能夠同時解決由多硫化鋰和鋰枝晶引起的問題的隔膜，以及一種包含該隔膜的鋰硫電池。

背景技術

近來，隨著電子產品、電子設備、通信設備等的小型化和輕量化迅速發展，并且涉及環境問題，對電動車輛的需求已經大大增加，對于被用作這些產品的能源的二次電池的性能改善的需求也在增長。其中，鋰二次電池由于其高能量密度和高標準電極電位而作為高性能電池引起了相當大的關注。

特別地，鋰硫(Li-S)電池是使用具有S-S鍵(硫-硫鍵)的硫類材料作為正極活性材料并使用鋰金屬作為負極活性材料的二次電池。作為正極活性材料的主要材料的硫的優點在于其資源非常豐富，無毒，并且具有低原子量。此外，鋰硫電池的理論放電容量為1675mAh/g-硫，并且其理論能量密度為2,600Wh/kg。由于鋰硫電池的能量密度遠遠高于目前正在研究的其它電池系統的理論能量密度(Ni-MH電池：450Wh/kg，Li-FeS電池：480Wh/kg，Li-MnO₂電池：1,000Wh/kg，Na-S電池：800Wh/kg)，所以鋰硫電池在迄今為止開發的電池中是最有前途的電池。

在鋰硫電池的放電反應期間，在負極(陽極)處發生鋰的氧化反應，并且在正極(陰極)處發生硫的還原反應。鋰硫電池在放電期間產生多硫化鋰(Li₂S_x，x＝2至8)，并且多硫化鋰溶解在電解質中并擴散到負極中，從而引起各種副反應并降低參與電化學反應的硫的容量。此外，在充電過程期間，多硫化鋰引起穿梭反應，從而顯著降低充電/放電效率。

為了解決上述問題，已經提出了一種添加具有吸附硫的性能的添加劑的方法，但是該方法引起了劣化問題并因此新產生了電池的其它副反應。因此，為了延緩正極活性材料(即硫)的泄漏，已經提出了一種添加金屬硫族化合物或氧化鋁、或者用碳酸氧化物(oxycarbonate)等涂覆表面的方法。然而，在該方法的情況下，不僅硫會在加工期間損失或方法復雜，而且可加入的活性材料(即硫)的量(即負載量)是有限的。

同時，硫化鋰和由鋰金屬的析出和溶解產生的鋰金屬粒子以混合態存在于作為鋰硫電池中的負極的鋰負極的表面上。結果，鋰負極的表面變為多孔結構，并且一些多孔結構生長為枝晶，因此鋰枝晶產生并生長。

由于由此形成的多孔結構和鋰枝晶，所以加速了鋰金屬的損失，并且導致了不可逆的容量，因此降低了鋰硫電池的壽命。此外，鋰枝晶具有非常高的反應性并因此產生鋰硫電池的短路、發熱、著火和爆炸，從而導致嚴重的穩定性問題。

為了解決這個問題，已經提出了一種在電極上形成諸如保護膜的附加涂層的方法。然而，保護膜本身起到電阻層的作用并且電解質中的鋰離子路徑被延長或阻塞，因此不能確保電池性能的改善效果在期望的水平。

因此，為了使鋰硫電池商業化，多硫化鋰和鋰枝晶的問題是要解決的第一個挑戰。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

韓國專利公開第2015-0133343號(2015年11月30日)，Positive electrode forlithium sulfur battery and lithium sulfur battery including the same(鋰硫電池用正極和包含該正極的鋰硫電池)。

發明內容

技術問題