[发明专利]使用锂金属和无机复合层的预锂化

说明书

本发明提供一种用于二次电池的负极的预锂化方法，包括：将锂金属粉末、无机粉末和粘合剂倒入并分散在溶剂中，从而制备混合溶液；和通过使用该混合溶液在负极上形成锂金属‑无机复合层。本发明提供一种通过简单工艺对具有高容量的负极进行预锂化的方法。此外，通过本发明提供的预锂化方法制造的用于二次电池的负极具有改善的初始不可逆性，并且使用这种用于二次电池的负极制造的二次电池具有优异的充/放电效率。

技术领域

本申请要求于2017年8月11日提交的韩国专利申请第10-2017-0102252号的优先权，通过引用将上述韩国专利申请的整体内容结合在此。

本发明涉及一种用于二次电池的负极的预锂化方法，且更具体地，涉及一种通过在组装锂二次电池之前在负极上形成锂金属-无机复合层的预锂化方法。

背景技术

随着化石燃料的枯竭导致能源价格上涨以及对环境污染的关注增加，对环境友好型替代能源的需求成为未来生活不可或缺的因素。特别是，随着对移动装置的技术开发和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求迅速增加。

典型地，就电池的形状而言，对于能够适用于具有较薄厚度的诸如手机之类的产品的袋型二次电池和棱柱形二次电池有较高需求。就电池的材料而言，对于具有高能量密度、放电电压和输出稳定性的诸如锂离子电池和锂离子聚合物电池之类的锂二次电池有较高需求。

通常，为了制备二次电池，首先，通过将活性材料施加到集电器的表面来形成正极和负极，然后在它们之间插入隔板，从而制成电极组件，然后将电极组件安装在圆柱形或矩形金属罐中或由铝层压片制成的袋型壳体内，并且将液体电解质注入或浸渍到电极组件中或使用固体电解质来制备二次电池。

作为锂二次电池的负极活性材料，已经应用了能够嵌入和解吸锂的各种类型的碳基材料，包括人造石墨、天然石墨和硬碳。与锂相比，碳基材料中的诸如人造石墨或天然石墨之类的石墨具有0.1V的低放电电压，并且使用石墨作为负极活性材料的电池表现出3.6V的高放电电压，这在锂电池的能量密度方面是有利的，并且以优异的可逆性保证了锂二次电池的长寿命，因此此类电池应用最广泛。

然而，当使用石墨作为活性材料制造电极板时，电极板的密度降低，并且就电极板的每单位体积的能量密度而言，容量可能变低，这是个问题。此外，由于在高放电电压下，石墨与有机电解质之间可能发生副反应，因此存在由于电池的故障或过充电而引起着火或爆炸的风险。

为了解决这一问题，最近开发了氧化物的负极活性材料。已经提出诸如Si或Sn之类的金属基活性材料作为能够表现出高容量并且能够代替锂金属的材料。其中，Si由于其低成本和高容量(4200mAh/g)而受到关注。

然而，当使用硅基负极活性材料时，初始不可逆容量变大。在锂二次电池的充电和放电期间，从正极释放的锂在充电时插入负极中，并在放电时从负极释放并返回到正极。在硅负极活性材料的情形中，在初始充电时，插入负极中的大量锂不会返回到正极，因此初始不可逆容量变大。当初始不可逆容量增加时，出现电池容量和循环迅速减小的问题。

为了解决上述问题，已知一种对包括硅基负极活性材料的氧化硅负极进行预锂化的方法。作为预锂化方法，已知方法包括通过物理化学方法对负极活性材料进行锂化来制造电极的方法和对负极进行电化学预锂化的方法。

传统的物理化学方法涉及由于在高温下进行的环境因素而引起的火灾和爆炸风险。传统的电化学方法不能均匀地控制一致的不可逆容量并增加了生产成本。

美国专利公开第2015-0357628号披露了一种用锂-陶瓷挤出制品涂覆负极的技术，其中陶瓷颗粒与熔融锂混合以提高具有高比容量的负极活性材料的电极效率，但是由于锂金属的高反应性，所有上述工艺必须在惰性气体气氛下进行，因而这些工艺不容易进行，这是一个缺点。

因此，有必要开发一种通过使用相对简单的方法藉由对具有高容量的负极进行预锂化来改善电池的初始不可逆性并提高电池的安全性的技术。

发明内容