[发明专利]含有电极保护层的负极和包含该负极的锂二次电池

说明书

本发明涉及一种包含电极保护材料的负极以及包含该负极的锂二次电池，其中所述含有保护材料的负极能够抑制锂枝晶在电极表面上的生长，有效地将锂离子传递至锂金属电极，并且具有优异的离子电导率，因此包含保护材料的保护层本身不起到电阻层的作用，在充电和放电期间不会施加过电压，由此防止电池性能的劣化并且确保电池驱动时的稳定性。

技术领域

本申请要求2017年7月13日提交的韩国专利申请第10-2017-0089115号的权益，其全部内容通过引用被并入本文中。

本发明涉及包含电极保护层的负极和包含该负极的锂二次电池，更具体地，涉及含有与锂金属形成肖特基结的保护材料的负极，所述负极可以有效地抑制枝晶的生长并具有高的离子电导率，且涉及使用所述负极的锂二次电池。

背景技术

近来，人们对能量存储技术越来越感兴趣。随着能量存储技术的应用领域扩展到移动电话、便携式摄像机、笔记本电脑甚至电动车辆的能量，正在越来越具体地致力于对电化学装置的研究和开发。

在这一方面，电化学装置是最值得关注的领域，在电化学装置中，能够充电/放电的二次电池的开发是关注的焦点。近来，在开发这些电池时，为了改善容量、密度和能量效率，已经进行了对于新的电极和电池的设计的研究和开发。

在目前应用的二次电池中，20世纪90年代初期开发的锂二次电池受到更多关注，其优点在于，与使用水溶液形式的电解液的诸如Ni-MH电池、Ni-Cd电池和硫酸-铅电池的传统电池相比，锂二次电池具有较高的工作电压和高得多的能量密度。

锂二次电池具有包含正极、负极和置于正极与负极之间的隔膜的电极组件的层压结构或卷绕结构，并且通过将电极组件放置在电池壳中并在其中注入非水电解液来构造该锂二次电池。该锂二次电池通过锂离子从正极和负极嵌入/脱离时的氧化/还原反应产生电能。

通常，锂二次电池的负极使用锂金属、碳等作为活性材料，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。

在其中使用锂金属作为负极的锂二次电池的情况下，主要使用附着于铜集电器的锂箔、或者锂金属片本身作为电极。由于锂金属的低电位和高容量，锂金属作为具有高容量的负极材料引起了人们极大的兴趣。

当使用锂金属作为负极时，在驱动电池时，由于各种因素，在锂金属的表面上可能出现电子密度的不均匀。结果，电极的表面上形成树枝形式的锂枝晶，并且在电极的表面上形成或生长出突出物，由此电极的表面变得非常粗糙。这些锂枝晶会导致电池性能的劣化，并且在严重的情况下会导致隔膜的损坏和电池的短路。结果，电池内的温度升高，由此存在电池爆炸和起火的风险。

为了解决这些问题，目前，已经进行了关于如下方面的研究：将聚合物保护层或无机固体保护层引入到锂金属层；增加电解液中的盐浓度；或者应用合适的添加剂。然而，这些研究对抑制锂枝晶的效果是不足的。因此，应用锂金属负极的保护材料来解决这些问题可以是一种有效的替代方案。

[现有技术文献]

[专利文献]

(专利文献1)韩国专利公报第10-1621410号，“锂电极和含有该锂电极的锂二次电池”；

(专利文献2)韩国专利公开第10-2016-0052351号，“具有安全保护层的锂二次电池用锂金属电极和包含该锂金属电极的锂二次电池”；

(专利文献3)韩国专利公开第10-2011-0131278号，“用于保护活性金属负极的离子电导性复合材料”。

发明内容

[技术问题]

如上所述，锂二次电池中的锂枝晶析出在负极的表面上，这可能导致单元电池的体积膨胀。因此，作为各种研究的结果，本发明的发明人发现了通过应用锂金属负极的保护材料来解决由枝晶引起的问题的方法并完成了本发明。