[發(fā)明專利]金屬鋰負(fù)極及其制備方法、利用它的鋰二次電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980073729.2
• 申請(qǐng)日: 2019-07-09
• 公開（公告）號(hào): CN112956049A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裵洪烈;金鎮(zhèn)弘;李時(shí)和;裵元洙;李相洛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社POSCO;浦項(xiàng)產(chǎn)業(yè)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): H01M4/134
• 分類號(hào): H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/04;H01M10/052;H01M4/02
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;孫雅雯

本發(fā)明涉及金屬鋰負(fù)極及其制備方法、利用它的鋰二次電池，可提供一種金屬鋰負(fù)極，包括：平坦結(jié)構(gòu)的集電體；及位于所述集電體上的含金屬鋰的負(fù)極活性物質(zhì)層，所述金屬鋰為凹凸結(jié)構(gòu)，在所述金屬鋰的表面不存在樹枝晶(Dendrite)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金屬鋰負(fù)極及其制備方法、利用它的鋰二次電池。

背景技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)二次電池的低廉的價(jià)格及高能量密度，以往提出將金屬鋰電極作為鋰二次電池的負(fù)極使用的方案。

在將金屬鋰作為負(fù)極材料使用時(shí)，存在如下的問題：在充放電過程中形成樹枝晶，從而引發(fā)電氣短路，而且因負(fù)極材料反復(fù)的收縮及膨脹，負(fù)極會(huì)受到機(jī)械應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋，從而縮短電池壽命。

為克服這種問題，人們嘗試實(shí)現(xiàn)如下的鋰負(fù)極材料，該鋰負(fù)極材料為了在充放電過程中確?？扇菁{鋰生長(zhǎng)的空間(Free space)并抑制樹枝晶的生長(zhǎng)，具有三維結(jié)構(gòu)。

在韓國(guó)專利申請(qǐng)KR10-2010-0114321中采用經(jīng)圖案化的硅基板形成三維負(fù)極材料結(jié)構(gòu)，并且使鋰僅在凹陷的空間中生長(zhǎng)，抑制樹枝晶的生長(zhǎng)。但是這種方法需要有基于半導(dǎo)體工藝方法的顯影、蝕刻、刻蝕等的高度的工藝技術(shù)及費(fèi)用，因此效率極低，不具有經(jīng)濟(jì)性。

在韓國(guó)專利申請(qǐng)KR10-2016-0085954中對(duì)金屬鋰表面施加物理力來變形金屬鋰，從而形成三維凹凸結(jié)構(gòu)。但是，可通過物理加壓獲得的三維凹凸結(jié)構(gòu)的凹凸部的間隔為幾十～幾百μm左右，比較寬，凹部的深度也為幾十～幾百μm左右，比較深，因此通過實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)來確保的容納空間也很有限。由此，表面積的增加也很微小，電流密度的減小效果也不大，對(duì)于抑制主要在高電流下引發(fā)的鋰樹枝晶的生成并不有效。

尤其，為了獲得希望的效果，需要較深的凹部，而對(duì)于厚度為幾百μm以上的金屬鋰，可以形成如上所述的凹凸部，但在實(shí)際用于高能量密度的金屬鋰電池中使用的鋰需要的是10～50μm水平的較薄的厚度，因此針對(duì)薄膜鋰，不易形成這種凹凸部。

發(fā)明內(nèi)容

為克服以往的問題，歸根結(jié)底需要能夠通過簡(jiǎn)單高效的方法在薄膜鋰電極的整個(gè)區(qū)域中生成尺寸非常小的凹凸。

為此，本發(fā)明欲在利用電化學(xué)方法通過電鍍過程在集電體上形成鋰時(shí)，在無(wú)需額外的附加工藝的情況下形成自然具有氣孔的三維結(jié)構(gòu)。

通過電鍍形成的鋰的厚度、氣孔率及粒子的大小可通過調(diào)節(jié)電鍍電流的大小及時(shí)間來任意調(diào)整，因此能夠容易獲得幾μm的薄膜到幾十μm厚膜的金屬鋰。

本發(fā)明的一實(shí)現(xiàn)例提供一種金屬鋰負(fù)極，包括：平坦結(jié)構(gòu)的集電體；及位于所述集電體上的含金屬鋰的負(fù)極活性物質(zhì)層，所述金屬鋰為凹凸結(jié)構(gòu)，在所述金屬鋰的表面不存在樹枝晶(Dendrite)。

其中，所述樹枝晶表示粒子長(zhǎng)度相對(duì)長(zhǎng)的一方向的長(zhǎng)度和與所述一方向垂直的方向的長(zhǎng)度之比為3以上的粒子。

可通過控制后述電鍍工藝的條件來控制為避免形成樹枝晶。

以所述金屬鋰的平面投影面積為準(zhǔn)，所述金屬鋰負(fù)極可具有占總面積5～30％的氣孔。所述氣孔表示當(dāng)俯視觀察金屬鋰時(shí)，在凹凸部位的深度方向形成的凹陷的部分。

可通過控制電鍍條件，而不通過物理方法來形成這種凹凸，并可控制氣孔率。

所述凹凸在厚度方向的深度可為金屬鋰總厚度的20～100％。而且，至少一個(gè)凹凸的深度可為金屬鋰總厚度的20～50％。

即在凹凸部中，可以存在直至集電體基底面根本沒有電鍍金屬鋰的凹部，也可以存在從基底面局部電鍍有金屬鋰的形態(tài)的凹部。

在所述金屬鋰中，所述凹凸的間隔可為5～100μm。間隔也是可通過電鍍時(shí)的工藝條件進(jìn)行控制的因子。對(duì)此，將在具體實(shí)施例中進(jìn)行后述。