[发明专利]全固态锂电池的阴极和使用该阴极的二次电池

说明书

本发明公开一种全固态锂电池的阴极，以及使用该阴极的二次电池系统。该阴极包括锂复合材料，制造锂复合材料的方法包括：分散要在中孔导体的孔中均匀分布的固体电解质从而提供固体电解质复合材料，以及在包括如S、Se、和Te的非金属固体的锂化合物表面上涂覆固体电解质复合材料。

技术领域

本发明涉及全固态锂电池的阴极，以及使用该阴极的二次电池。阴极可包括由中孔导体形成的锂复合材料、固体电解质和锂化合物，如Li₂X颗粒。阴极的锂复合材料可通过在中孔导体的孔中分散固体电解质从而提供固体电解质复合材料，且在包括非金属固体，如S、Se、和Te的锂化合物(Li₂X)表面上涂覆固体电解质复合材料而制造。

背景技术

二次电池已经用作电动车辆、诸如电池能量存储系统的大容量电力存储电池、和诸如便携式电话、可携式摄像机、和笔记本电脑的小型便携式电装置的高性能电源。因此，人们进行了减小部件重量和电力消耗并改善具有减小的尺寸和更高容量的二次电池的研究，以便实现便携式电装置的微型化和持续利用。

例如，作为二次电池的锂离子电池可比镍锰电池或镍镉电池提供更高的能量密度和每单位面积的更高电容。此外，锂离子电池可具有减小的自放电率和延长的寿命。而且，锂离子电池没有记忆效应，因此可提供使用的便利性和延长的寿命。

然而，被用作新一代电动车辆的电池，锂离子电池具有各种问题，如由于过热导致的稳定性问题、低能量密度、以及低功率。为了克服锂离子电池的这些问题，已经积极展开后锂离子电池(post lithium ion battery)，如锂空气二次电池的研究和开发。

例如，锂硫二次电池可提供具有高能量密度，如约2500Wh-kg，其比传统锂离子电池的理论能量密度高约5倍。因此，锂硫二次电池被当作需要高容量和高能量密度的电动车辆的合适电池。然而，当使用液体电解液时会发生聚硫穿梭(polysulfide shuttle)现象，因而引起自放电效应且使锂硫二次电池的寿命劣化。而且，因为液体电解液在充电和放电过程中高温下相当不稳定，所以可引起安全问题。

在相关技术中，韩国公开申请第2013-0123142号公开了锂电极作为使用锂的二次电池(锂金属电池)的材料。该锂电极包括：制造成有三维多孔结构的固体超离子导体；填充在构成多孔的每个开口孔中的锂金属或锂合金；以及结合到固体超离子导体一侧的集电极，其中锂金属或锂合金填充在每个孔中。

此外，JP 10-4615339A报导了一种多孔固体电极和使用该电极的全固态锂二次电池，且公开了用于锂二次电池的电极，其中对于锂二次电池的电极，所述电极由锂离子导电率为0.5×10^-4S-cm^-1或更高的多孔固体电解质与填充在多孔固体电解质的孔中的电池活性材料的复合物组成。

另外，韩国公开申请第2013-0073766号公开了用于锂硫二次电池的阴极，其包括硫多孔纳米复合结构和多孔纳米导体，其中i)硫颗粒填充在具有孔的多孔导体的孔中的硫多孔纳米复合结构，与ii)相同类型但无硫颗粒填充在孔中的多孔导体彼此邻近，并以1:(0.1-0.9)的体积比设置。

JP 2009-094029A也公开了一种全固态锂二次电池和用于全固态锂二次电池的电极，其中对于至少一个电极，聚合物固体电解质和无机固体电解质粉末与包括活性材料、导电复合材料、聚合物固体电解质以及无机固体电解质粉末的电极混合物的比例小于50vol.％。

而且，JP 2013-051171A公开了用于全固态电池的电极体和全固态电池，其中用于全固态电池的电极体包括包含活性材料颗粒、锂离子导电玻璃固体电解质、和氧化物类导体的电极层、以及包含锂离子导电玻璃固体电解质的固体电解质层。