[发明专利]包含多重保护层的负极和包含该负极的锂二次电池

说明书

本发明涉及包含多重保护层的负极和包含所述负极的锂二次电池。所述多重保护层能够在物理地抑制锂枝晶在电极表面上的生长的同时有效地将锂离子传递到锂金属电极，并且在充电和放电期间不会造成过电压，因为由于多重保护层的优异离子传导性而使得保护层本身不会起到电阻层的作用，因此，所述多重保护层能够防止电池性能下降并确保电池工作期间的稳定性。

技术领域

本申请要求于2016年9月21日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2016-0120602号以及于2017年7月20日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2017-0092180号的优先权和权益，通过参考将其全部内容并入本文中。

本发明涉及包含多重保护层的负极和包含所述负极的锂二次电池，特别地涉及包含能够有效抑制枝晶生长且具有高离子传导性的多重保护层的负极以及包含所述负极的锂二次电池。

背景技术

近来，对能量存储技术的关注越来越高。随着用途已经扩展到移动电话、便携式摄像机和笔记本电脑以及电动车辆的能源，对电化学装置的研究和开发进行的尝试越来越多。

电化学装置是在这些方面中受到最多关注的领域，其中，能够充电和放电的二次电池的开发一直是关注的焦点，并且在这样的电池的开发中，对用于提高容量密度和能量效率的新电极和电池的设计的研究和开发最近取得了进展。

在目前使用的二次电池中，20世纪90年代早期开发的锂二次电池因比诸如使用水性电解液的Ni-MH电池、Ni-Cd电池和硫酸-铅电池的传统电池具有更高的工作电压和显著更高的能量密度的优势而受到了关注。

锂二次电池具有电极组件被层叠或卷绕的结构，所述电极组件包含正极、负极和置于正极与负极之间的隔膜，并且通过将该电极组件嵌入电池壳中，并且向其中注入非水电解液来形成所述锂二次电池。所述锂二次电池通过在正极和负极中嵌入/脱嵌锂离子时发生的氧化和还原反应产生电能。

在普通的锂二次电池中，负极使用锂金属、碳等作为活性材料，且正极使用锂氧化物、过渡金属氧化物、金属硫属化合物、导电聚合物等作为活性材料。

其中，使用锂金属作为负极的锂二次电池通常将锂箔附着到铜集电器上，或者使用锂金属片本身作为电极。锂金属具有低电位和高容量，并且作为高容量负极材料受到很多关注。

当使用锂金属作为负极时，在电池工作期间由于各种原因有可能在锂金属表面上发生电子密度不均匀。结果，在电极表面上产生树枝状锂枝晶，导致在电极表面上形成或生长凸起，这使得电极表面非常粗糙。这样的锂枝晶导致电池性能下降，并且在严重的情况下，导致隔膜损坏和电池短路。结果，电池中的温度升高，造成电池爆炸和起火的危险。

为了解决这样的问题，目前已经进行了诸如在锂金属层上引入聚合物保护层或无机固体保护层、增加电解液的盐浓度或使用适当添加剂的研究。然而，这些研究对抑制锂枝晶的效果不明显。因此，改变锂金属负极本身的形式可以成为解决所述问题的有效替代方案。

现有技术文献

[专利文献]

(专利文献1)韩国专利10-1621410号“锂电极和包含其的锂二次电池”

(专利文献2)韩国专利申请公开公报10-2016-0052351号“具有稳定保护层的锂金属电极和包含其的锂二次电池”

发明内容

[技术问题]

如上所述，锂二次电池的锂枝晶析出在负极表面上并且有时会因其导致电池体积膨胀。作为考虑到上述内容而进行广泛研究的结果，本发明的发明人已经找到了通过改变电极结构来解决由枝晶引起的这样的问题的方法，并完成了本发明。

因此，本发明的一个方面提供锂二次电池，所述锂二次电池通过改变电极结构解决了由锂枝晶引起的电池体积膨胀的问题，并且具有提高的电池性能。