[发明专利]锂二次电池

说明书

本发明涉及一种锂二次电池，且特别是涉及如下的锂二次电池，其包含正极、负极和置于所述正极与所述负极之间的隔膜以及电解质，其中在所述负极与所述隔膜之间包含凝胶聚合物电解质，并且在所述正极与所述隔膜之间包含液体电解质。本发明的锂二次电池在正极和负极中各自使用不同的电解质，从而改善了所述电极的稳定性和性能，由此，可以提高所述锂二次电池的性能和寿命。

技术领域

本申请要求2016年9月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2016-0127000和2017年9月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2017-0124872的权益，其公开内容通过引用的方式整体并入本文中。

本发明涉及锂二次电池，且特别是涉及设计为增加锂金属电极的稳定性并且显示出更优异的性能和寿命特性的锂二次电池。

背景技术

随着移动装置的技术发展和对其需求的增加，对作为能源的二次电池的需求迅速增加。在二次电池之中，具有高能量密度和工作电位、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。

此外，由于近来对环境问题的关注增加，对可以取代作为空气污染的主要原因之一的、使用化石燃料的车辆如汽油车辆和柴油车辆的电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)等的广泛研究已经取得了进展。镍氢金属(Ni-MH)二次电池通常用作电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)等的电源，然而，对使用具有高能量密度、高放电电压和输出稳定性的锂二次电池的研究已经取得了积极进展，并且其中一些已经商业化。

锂二次电池具有层压或卷绕包含正极、负极和置于正极与负极之间的隔膜的电极组件的结构，并且通过将电极组件嵌入电池壳中并且向其中注入非水电解液而形成。在重复正极的锂离子嵌入负极和自负极脱嵌的过程的同时，对这样的锂二次电池进行充放电。锂二次电池的容量根据电极活性材料的类型而变化，然而，对增加容量和提高稳定性的需求一直存在。

因此，更多的锂离子能够通过与锂的合金化反应进行嵌入和脱嵌，并且已经使用显示出高容量特性的金属类材料如硅(4200mAh/g)或锡(990mAh/g)作为负极活性材料。然而，当使用诸如硅或锡的金属作为负极活性材料时，在充电期间与锂合金化的过程中体积大幅膨胀约4倍并且在放电期间收缩。随着在充放电期间反复发生的电极体积的这样的显著变化，活性材料缓慢微粉化并从电极上脱落，导致容量快速降低，这使得商业化变得困难。

与上述负极活性材料相比，锂金属具有3860mAh/g的优异理论能量密度，并且具有-3.045V的非常低的标准还原电位(标准氢电极；SHE)，这有利于获得高容量和高能量密度的电池。此外，随着近来对锂硫电池和锂空气电池的关注增加，已经对将锂金属作为锂二次电池的负极活性材料进行了积极研究。

然而，当使用锂金属作为锂二次电池的负极时，锂金属与电解液、杂质、锂盐等反应而形成钝化层(固体电解质膜；SEI)，并且这样的钝化层导致电流密度的局部差异，促使锂金属在充电期间形成树枝状枝晶，并且通过逐渐增长而在充放电期间导致正极与负极之间的内部短路。此外，枝晶具有机械上较弱的部分(瓶颈)，并形成在放电期间与集电器失去电接触的死锂，从而降低电池容量并缩短循环寿命，并且对电池稳定性具有不利影响。由于锂金属负极的氧化和还原反应的这样的不均匀性和与电解液的反应性，使用锂金属作为负极的锂二次电池尚未商业化。

鉴于上述情况，已经研究了各种方法，例如在锂金属表面上引入聚合物保护层或无机固体保护层，增加电解液的锂盐，或引入适当的添加剂。

作为一个实例，韩国专利申请公开2009-0055224号公开了通过在锂电极表面上形成聚酰亚胺保护层可以保护电极表面免受电解液的影响。

此外，韩国专利申请公开2016-0052351号公开了通过在锂金属表面上形成的聚合物保护层中包含锂枝晶吸收材料来抑制锂枝晶生长，这可以改善锂二次电池的稳定性和寿命特性。