[发明专利]制备锂二次电池负极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备用于锂二次电池的负极的方法。

背景技术

已提出了具有锂薄膜的固体二次电池。日本专利申请公开No.62-44960公开了制备该固体电池的方法。该方法包括在放入离子束蒸发系统中的基底上依次形成充当正极的二硫化钛薄膜、作为电解质的Li₂O-Al₂O₃薄膜、以及作为负极的Li薄膜。日本专利公报No.5-48582公开了用于该固体电池的电解质材料。

另一方面，在含有电解质有机溶液的锂二次电池商业化方面已取得进步。与其它电池相比，锂二次电池的特征在于每单位面积或每单位重量具有高能量输出。已研制了实用的锂二次电池，作为移动通讯设备、笔记本电脑、电动汽车等的电源。

为改进含有电解质有机溶液的锂二次电池的性能，试图使用锂金属作为负极。然而，这种努力包含充电和放电期间锂金属枝晶生长的危险。枝晶生长可能形成正极的内部短路，最终导致爆炸。至于避免该危险的技术，可在锂金属上形成硫化物基无机固体电解质的薄膜。

然而，锂金属、硫化物基无机固体电解质的薄膜以及它们的源材料对水具有高活性，从而当曝露于空气时产生退化问题。上述文献涉及固体电池，然而，未提供单独制备含锂负极本身的技术。为制备此类独立的含锂负极和硫化物基固体电解质，上述退化问题必须解决。

发明内容

本发明的目的是提供制备锂二次电池负极的方法，其中可防止锂金属、用于硫化物基无机固体电解质薄膜的源材料以及其上形成所述无机固体电解质薄膜的负极被空气退化。

本发明致力于制备锂二次电池负极的方法，该锂二次电池负极具有由无机固体电解质制成的薄膜。该方法包括使用放入密封容器中的负极基质材料和放入密封容器中的无机固体电解质源材料。负极基质材料具有从锂金属和锂合金构成的组中选择出的材料制成的表面。该方法中，位于密封容器中的负极基质材料和位于密封容器中的无机固体电解质源材料放入室空间，室空间基本上不与锂反应并与空气隔绝，并且相邻于形成薄膜的装置设置。在室空间中，负极基质材料和源材料分别从密封容器中取出。然后，取出的负极基质材料和源材料在不曝露给空气条件下，转移到形成薄膜的装置中。在该装置中，利用所述材料，在负极基质材料上形成无机固体电解质制成的薄膜。然后，其上形成所述薄膜的负极基质材料在不曝露给空气条件下，转移到室空间，室空间基本上不与锂反应并与空气隔绝，并且相邻于形成薄膜的装置设置。在室空间中，具有薄膜的负极基质材料放入密封容器中。从室空间取出放在密封容器中的具有薄膜的负极到空气中，而不会退化。

该方法中所用的负极基质材料通过汽相沉积在基质材料上形成从锂金属和锂合金构成组中选择出的材料制成的薄膜而制备。从锂金属和锂合金构成组中选择出的材料制成的薄膜优选厚度为20μm或更小。薄膜厚度范围一般为0.1μm-20μm，优选范围1μm-10μm。

本发明致力于制备锂二次电池负极的另一种方法，锂二次电池负极具有无机固体电解质制成的薄膜。该方法包括使用放在密封容器中的第一源材料和放在密封容器中的第二源材料。第一源材料从锂金属和锂合金构成的组中选择。第二源材料用于形成无机固体电解质。分别放在密封容器中的第一和第二源材料放入室空间中，室空间基本上不与锂反应并并与空气隔绝，并且相邻于形成薄膜的装置设置。在室空间中，第一和第二源材料分别从密封容器中取出。然后，取出的第一和第二源材料不曝露给空气，就转移到该装置中。在该装置中，使用第一和第二材料，在基质材料上形成第一源材料制成的第一薄膜以及第二源材料制成的第二薄膜。然后，其上形成第一和第二薄膜的基质材料不曝露给空气，转移到室空间中，室空间基本上不与锂反应并并与空气隔绝，并且相邻于该装置设置。在室空间中，具有第一和第二薄膜的基质材料放入密封容器中。从室空间取出放在密封容器中的具有薄膜的负极到空气中，而不退化。

该方法中，通过汽相沉积方法可形成第一薄膜。优选第一薄膜厚度为20μm或更小。形成的薄膜厚度范围一般为0.1μm-20μm，优选范围为1μm-10μm。