[发明专利]锂电极和包含该锂电极的锂二次电池

说明书

技术领域

本公开涉及锂电极和包含该锂电极的锂二次电池，更具体而言，涉及可以防止在锂二次电池工作期间锂枝晶生长的锂电极，和包含该锂电极的锂二次电池。

本申请要求2013年9月11日在韩国提交的韩国专利申请第10-2013-0109371号和2014年9月1日在韩国提交的韩国专利申请第10-2014-0115488号的优先权，其通过引用并入本文。

背景技术

近来，对于能量储存技术的关注日益增加。在手机、摄像机、笔记本电脑、PC和电动车的领域中已广泛使用电化学装置作为能源，而导致对其的深入研究和开发。在这方面，电化学装置是极受关注的主题之一。特别地，可再充电二次电池的开发是关注的焦点。近来，这种电池的研究和开发集中在新电极和电池的设计以改善容量密度和比能量。

目前有许多二次电池可供使用。其中，20世纪90年代早期开发的锂二次电池由于其比传统的基于水性电解质的电池(例如Ni-MH、Ni-Cd和H₂SO₄-Pb电池)工作电压更高且能量密度高得多的优点，已引起特别的关注。

通常，二次电池通过将由阳极、阴极和置于其间的隔板组成的电极组合件以层合结构或缠绕结构的形式嵌入电池壳中且将非水性电解质溶液引入其中而构成。

作为阳极，经常使用锂电极，该锂电极通常通过将锂箔附接在平面集流体上而形成。在具有这种锂电极的电池工作之时，电子通过集流体转移进入锂箔以产生单向流。由此，在锂表面上的电子密度变得不均匀，从而可能形成锂枝晶。锂枝晶可能对隔板造成损坏且在锂二次电池中造成短路。

为了解决该问题，已尝试使锂表面的顶部涂覆有用于锂离子传导的保护膜，从而防止锂枝晶的形成。然而，用于锂离子传导的保护膜通常在电池的充电和放电期间由于锂的减少和增加而剥离。

发明内容

技术问题

设计本公开以解决现有技术的问题，因此本公开的一个目的为提供锂电极，其可以改进锂金属和集流体之间的接触面且使得电子能够在锂电极中均匀分布以防止在锂二次电池的工作期间锂枝晶的生长，此外可以保留用于锂离子传导的保护膜而在电池的充电和放电期间不剥离。

技术解决方案

为了实现上述目的，根据本公开的一个方面，提供了锂电极，其包括含有多孔金属集流体和嵌入存在于该金属集流体中的孔的锂金属的电极复合材料；以及用于锂离子传导的保护膜，所述保护膜形成在电极复合材料的至少一个表面上。

该锂金属可以以按电极复合材料的总重量计1至50重量％的量嵌入。

金属集流体可以由选自铜、镍、铁、铬、锌、不锈钢及其混合物中的任一种制成。

金属集流体可以具有50至99％的孔隙率。

孔可以具有5至500μm的尺寸。

金属集流体可以呈金属网或金属泡沫的形式。

用于锂离子传导的保护膜可以由选自以下的任一种制成：聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共聚-六氟丙烯(PVDF-共聚-HFP)、LiPON、Li₃N、Li_xLa_1-xTiO₃(0＜x＜1)、Li₂S-GeS-Ga₂S₃及其混合物。

用于锂离子传导的保护膜可以具有0.01至50μm的厚度。

根据本公开的另一方面，提供了锂二次电池，其包括含有阴极、阳极及置于其间的隔板的电极组合件；用于接纳该电极组合件的电池壳；以及引进电池壳内以含浸于电极组合件中的非水性电解质溶液，其中所述阳极为本公开的上述锂电极。

阴极可包含选自以下的阴极活性材料：LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiCoPO₄、LiFePO₄、LiNiMnCoO₂、LiNi_1-x-y-zCo_xM1_yM2_zO₂(其中M1和M2各自独立地选自Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo，并且x、y和z各自独立地为形成氧化物的元素的原子分数，其中0≤x＜0.5，0≤y＜0.5，0≤z＜0.5，且x+y+z≤1)，及其混合物。