[發(fā)明專利]鋰硫電池用正極和包含所述正極的鋰硫電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880040322.5
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN110800136B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金倫耕;梁斗景;楊承潤
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社LG新能源
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/62;H01M4/36;H01M10/052;H01M4/38
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 王海川;陳海濤

本發(fā)明涉及一種鋰硫電池用正極和包含所述正極的鋰硫電池，并且更具體地，涉及一種鋰硫電池用正極，其包含活性材料、導(dǎo)電材料、粘結(jié)劑和添加劑，其中所述添加劑包含含有二羧基的有機酸鋰鹽。通過包含含有二羧基的有機酸鋰鹽作為添加劑，所述鋰硫電池用正極能夠通過提高鋰離子遷移性能來提高鋰硫電池的容量和壽命特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請要求于2017年7月28日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請?zhí)?0-2017-0096485的權(quán)益，該韓國專利申請的公開內(nèi)容以引用的方式整體并入本文中。

本發(fā)明涉及鋰硫電池用正極和包含所述正極的鋰硫電池。

背景技術(shù)

近年來，隨著電子裝置和通信裝置迅速變得更小、更輕和更復(fù)雜并且在環(huán)境問題方面電動車輛的必要性已經(jīng)高度凸顯，對改善可以用作這些產(chǎn)品的電源的二次電池的性能存在許多需求。作為滿足這樣的需求的二次電池，已經(jīng)對使用硫類材料作為正極活性材料的鋰硫電池進行了大量研究。

鋰硫電池是使用包含硫-硫鍵的硫類化合物作為正極活性材料并且使用鋰金屬、能夠嵌入/脫嵌諸如鋰離子的金屬離子的碳類材料或與鋰形成合金的硅、錫等作為負(fù)極活性材料的二次電池。

具體地，在負(fù)極中發(fā)生鋰的氧化反應(yīng)，并且在鋰硫電池的正極中發(fā)生硫的還原反應(yīng)。硫在放電之前具有環(huán)狀S₈結(jié)構(gòu)，并且使用氧化還原反應(yīng)來儲存和產(chǎn)生電能，其中在還原反應(yīng)(放電)期間隨著硫-硫鍵斷裂，硫的氧化數(shù)減少，并且在氧化反應(yīng)(充電)期間隨著硫-硫鍵再次形成，硫的氧化數(shù)增加。

特別是，鋰硫電池具有1675mAh/g的理論放電容量和2600Wh/kg的理論能量密度，該理論能量密度高達(dá)目前研究的鋰離子電池(約570Wh/kg)的約5倍，因此是能夠獲得高容量、高能量密度和長壽命的電池。此外，作為正極活性材料的主要材料的硫具有以下優(yōu)勢：具有低的原子量，由于資源豐富而容易供應(yīng)，價格低廉，沒有毒性，并且環(huán)保。因此，鋰硫電池作為諸如電動車輛的中到大型裝置以及便攜式電子裝置的能源已經(jīng)受到關(guān)注。

在鋰硫電池中用作正極活性材料的硫具有5×10^-30S/cm的電導(dǎo)率，并且是沒有導(dǎo)電性的非導(dǎo)體，因此存在通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電子難以遷移的問題。因此，在使用時，硫已經(jīng)與能夠提供電化學(xué)反應(yīng)部位的導(dǎo)電材料如碳復(fù)合。

另一方面，為了使硫在鋰硫電池中顯示出足夠的性能，需要鋰離子傳導(dǎo)性以及導(dǎo)電性。然而，已經(jīng)在常規(guī)鋰硫電池中用作正極活性材料的硫碳復(fù)合材料仍然具有低的鋰離子傳導(dǎo)性，因此已經(jīng)提出了各種技術(shù)。

作為一個實例，韓國專利申請公布第2016-0046775號公開了通過在包含硫碳復(fù)合材料的正極活性部位的一部分表面上設(shè)置由兩親性聚合物形成的正極涂層，可以通過促進鋰離子遷移以及抑制多硫化物溶出來提高電池的循環(huán)特性。

此外，韓國專利申請公布第2002-0066783號公開了可以通過在鋰電池用硫正極中包含聚環(huán)氧乙烷(PEO)和無機鋰鹽來增加離子傳導(dǎo)性。

這些專利通過添加劑或涂層在一定程度上改善了鋰離子傳導(dǎo)性，然而，效果不足。因此，更加需要開發(fā)具有優(yōu)異的鋰離子傳導(dǎo)性的鋰硫電池用正極。

[現(xiàn)有技術(shù)文獻]

[專利文獻]

韓國專利申請公布第2016-0046775號(2016年4月29日)，鋰硫電池用正極和其制造方法

韓國專利申請?zhí)卦S公開公布第2002-0066783號(2002年8月21日)，鋰電池用硫正極和其制造方法

發(fā)明內(nèi)容

【技術(shù)問題】

作為鑒于上述情況進行廣泛研究的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)確認(rèn)了，當(dāng)在鋰硫電池用正極中包含含有二羧基的有機酸鋰鹽作為添加劑時，通過改善鋰離子傳導(dǎo)性，提高了電池的性能、穩(wěn)定性和壽命，并且已經(jīng)完成了本發(fā)明。