[发明专利]制备磷化铁的方法、包含磷化铁的锂二次电池用正极和包含所述正极的锂二次电池

说明书

本发明涉及制备磷化铁(FeP)的方法、包含使用所述方法制备的磷化铁(FeP)的锂二次电池的正极以及包含所述正极的锂二次电池。在包含所述使用磷化铁(FeP)的正极的所述锂二次电池中，所述磷化铁(FeP)吸附在所述锂二次电池的充放电过程中产生的多硫化锂(LiPS)，这有效地提高充放电效率并且提高所述电池的寿命特性。

技术领域

本申请要求于2018年4月10日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2018-0041628号和2019年3月13日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2019-0028807号以及于2018年7月16日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2018-0082526号和2019年3月13日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2019-0028813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：制备磷化铁(FeP)的方法，所述磷化铁(FeP)可以用作锂二次电池的正极添加剂；锂二次电池用正极，所述正极包含磷化铁(FeP)作为正极添加剂；以及锂二次电池，所述锂二次电池通过具有所述正极而具有改善的寿命。

背景技术

与仅放电一次的原电池不同，二次电池是能够持续充放电的电力存储装置，并且自20世纪90年代以来已成为便携式电子装置的重要电子部件。特别是，自1992年日本索尼公司将其商业化以来，锂离子二次电池作为诸如智能手机、数码相机和笔记本电脑的便携式电子装置的核心部件而引领了信息时代。

近来，随着锂离子二次电池进一步扩大其应用领域，从用于清洁器或电动工具的电源以及用于诸如电动自行车和电动滑板车领域的中型电池到用于诸如电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、各种机器人和大型电力存储系统(ESS)领域的高容量电池，对所述锂离子二次电池的需求急剧增加。

然而，迄今为止可用的二次电池中具有最优异性能的锂二次电池在积极地用于诸如电动车辆或PHEV的运输设备时还存在若干问题，并且其中最大的问题是容量的限制。

锂二次电池基本上由诸如正极、电解质和负极的材料形成，并且因为其中的正极和负极的材料决定电池的容量，所以锂离子二次电池由于正极和负极的材料的限制而使容量受到限制。特别是，用于诸如电动车辆和PHEV的用途的二次电池需要在充电一次后尽可能长时间地使用，并且放电容量在二次电池中变得非常重要。电动车辆销售的最大限制之一是充电一次后的行驶距离远远短于使用传统汽油发动机的汽车。

尽管付出了很多努力，但由于锂二次电池结构和材料的限制而使得难以完全解决锂二次电池的这样的容量限制。因此，需要开发超出现有二次电池概念的新概念二次电池，以便从根本上解决锂二次电池的容量问题。

锂硫二次电池是一种新型高容量且低价格的电池系统，其克服了由锂离子到层状结构的金属氧化物和石墨的嵌入/脱嵌反应(这是现有锂离子二次电池的基本工作原理)所决定的容量限制并且能够带来过渡金属的置换和成本的降低。

通过由在正极中锂离子和硫的转化反应(S₈+16Li⁺+16e^-→8Li₂S)而获得的理论容量达到1675mAh/g，并且使用锂金属(理论容量：3860mAh/g)作为负极，锂硫二次电池可以实现超高容量的电池系统。另外，放电电压为约2.2V，因此，理论上基于正极和负极活性材料的量，可获得2600Wh/kg的能量密度。与使用层状结构的金属氧化物和石墨的商品化锂二次电池(LiCoO₂/石墨)的理论能量密度400Wh/kg相比，这是一个高达约6～约7倍的值。

在锂硫二次电池于2010年左右以通过形成纳米复合材料可显著提高电池性能而为人所知之后，其作为一种新型高容量、环境友好且价格低廉的锂二次电池引起了关注，并作为下一代电池系统在全球范围内对其进行了深入研究。