[发明专利]用于锂二次电池的阴极、其制造方法以及利用其的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂二次电池，更具体地，涉及能够通过在用于锂二次电池的阴极上形成膜来抑制充放电过程中的枝晶从而确保高能量密度、长寿命和稳定性的用于锂二次电池的阴极、其制造方法以及利用该阴极的锂二次电池。

背景技术

在对于二次电池的需求随着IT移动市场的壮大一同增加的同时，二次电池的应用领域逐渐扩展至电动汽车和储能系统的市场。尤其，为了实现诸如用于电动汽车的电池等具有高能量密度的电池，有必要开发具有比锂离子电池(最大能量密度达到250Wh/kg)更大的能量密度的下一代锂电池，而最符合这种条件的二次电池之一即为锂二次电池。

所谓锂二次电池指定是使用金属锂作为阴极的二次电池，正在以诸如锂-空气电池或锂-磺胺电池等多种形态进行研究与开发。

锂的标准还原电势是-3.045V SHE(Standard Hydrogen Electrode)，非常低，比重为1.85cm³/g，属于偏高，并且其单位重量的能量密度(3860mAh/g)相比于目前已商用化的碳系阴极(372mAh/g)高10倍以上，因此属于能够使电池高能量密度化的理想材料。然而，当使用金属锂作为二次电池的阴极时存在如下所述的问题。

第一，由于金属锂与电解液成分的反应性高，因此当电解液与金属锂接触时，由电解质的自发分解而导致在金属锂的表面上形成钝化膜(passivation layer)。由于这种膜导致局部性电流密度差异，因此在充电时使电流分布不均匀的同时形成树枝状的锂枝晶。另外，当如此形成的枝晶继续生长直到穿透隔膜而与阳极接触时，将发生内部短路，从而导致电池爆炸的现象。第二，由于作为碱性金属的锂与水分的反应性高，因此即使在电解质内包含有若干ppm程度的水分时，锂也能够与水分反应而产生热和气体，并由此导致电池内部发生膨胀，从而引发电池稳定性的问题。第三，由于锂的质软而机械强度低，因而在不进行附加的表面处理而使用时其操作性非常低。因此，用于抑制金属锂电极的枝晶形成的技术是对于开发下一代锂二次电池所必需要优先推行的核心技术。

现有技术文献

专利文献

第2016-0099458号韩国公开专利(2016.08.22)

发明内容

解决的技术问题

本发明的目的在于提供能够通过抑制枝晶形成在金属锂电极上从而确保高能量密度、长寿命和稳定性的用于锂二次电池的阴极、其制造方法以及利用该阴极的锂二次电池。

解决方法

根据本发明的用于锂二次电池的阴极的制造方法包括：制造基于二氧化硫的钠熔融盐的步骤；将集电体浸入上述基于二氧化硫的钠熔融盐中从而在上述集电体表面上形成保护层的步骤。

根据本发明的用于锂二次电池的阴极的制造方法的特征在于，在上述形成保护层的步骤中，上述集电体包括金属锂。

根据本发明的用于锂二次电池的阴极的制造方法的特征在于，在上述制造熔融盐的步骤中，上述基于二氧化硫的钠熔融盐包括NaAlCl₄-2SO₂或NaGaCl₄-2SO₂。

根据本发明的用于锂二次电池的阴极的制造方法的特征在于，上述制造熔融盐的步骤包括：将NaCl与AlCl₃或GaCl₃混合而制造固体盐的步骤；向上述固体盐提供SO₂而制造液态的基于二氧化硫的钠熔融盐的步骤。

根据本发明的用于锂二次电池的阴极的制造方法的特征在于，在上述形成保护层的步骤中，上述保护层形成在上述金属锂的表面上并且是包括Na、Cl或S的膜。

根据本发明的用于锂二次电池的阴极包括：集电体；以及保护层，形成在上述集电体的表面上并且将金属锂浸入基于二氧化硫的钠熔融盐中而形成。

根据本发明的用于锂二次电池的阴极的特征在于，上述集电体包括金属锂。

根据本发明的用于锂二次电池的阴极的特征在于，上述基于二氧化硫的钠熔融盐包括NaAlCl₄-2SO₂或NaGaCl₄-2SO₂。

根据本发明的用于锂二次电池的阴极的特征在于，上述基于二氧化硫的钠熔融盐通过将NaCl与AlCl₃或GaCl₃混合而形成固体盐并且向上述固体盐提供SO₂来形成。