[发明专利]锂二次电池

说明书

本发明涉及一种锂二次电池，其被制造为无负极电池并且具有通过充电在负极集电器上形成的锂金属，并且使用含有牺牲盐的电解质。所述锂二次电池在与大气隔绝的状态下形成锂金属，从而从根本上改善由于锂金属的高反应性而引起的现有的问题，并且通过在所述电解质中含有所述牺牲盐，减少由负极中的不可逆反应引起的锂的消耗，这可以防止电池的容量和寿命特性的劣化。

技术领域

本申请要求基于于2018年10月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0130620号和于2019年10月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0136866号的优先权的权益，这些韩国专利申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。

本发明涉及一种使用包含牺牲盐的电解质的具有无负极结构的锂二次电池。

背景技术

随着电气、电子、通信和计算机行业的迅速发展，近来对高性能和高稳定性的二次电池的需求已经迅速增长。特别是，随着电池和电子产品更轻、更薄、更小和便携的趋势，对于作为关键部件的二次电池也已经要求轻量化和小型化。此外，由于对新型能源供应的需求已经由于环境污染问题和化石耗竭而增加，因此开发能够解决这样的问题的电动车辆的必要性已经增加。在各种二次电池中，轻质、表现出高能量密度和工作电位并且具有长循环寿命的锂二次电池近来已经受到关注。

锂二次电池具有其中包含正极、负极和设置在所述正极与所述负极之间的隔膜的电极组件被层压或卷绕的结构，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而形成。此时，锂二次电池的容量会根据电极活性材料的类型而变化，并且由于在实际驱动期间无法确保如理论容量那样足够的容量，因此尚未实现商业化。

为了获得锂二次电池的高容量，已经使用通过与锂发生合金化反应而具有高储存容量性能的金属类材料，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，在与锂进行合金化的充电过程中体积显著膨胀到约4倍，并且在放电期间收缩。由于在充电和放电期间电极的体积反复发生这样大的变化，因此活性材料逐渐微粉化并且从电极脱落，从而导致容量快速降低，并且因此由于无法确保稳定性和可靠性，因此尚未实现商业化。

与上述负极活性材料相比，锂金属具有3860mAh/g的优异的理论容量，并且具有-3.045V的非常低的标准还原电位(相对于标准氢电极(SHE))，从而能够实现具有高容量和高能量密度的电池，并且因此已经对使用锂金属作为锂二次电池的负极活性材料的锂金属电池(LMB)进行了广泛的研究。

然而，当使用锂金属作为电池的负极时，一般通过将锂箔附着在平面状的集电器上来制造电池。并且由于锂作为具有高反应性的碱金属会与水发生爆炸性反应并且容易与大气中的氧气反应，因此在一般环境下难以制造和使用。特别是，当锂金属暴露于大气时，由于氧化而在表面上形成诸如LiOH、Li₂O或Li₂CO₃的氧化物层(原生层)。这样的氧化物层充当降低电导率并且抑制锂离子迁移的绝缘膜，并且发生增加电池的内部电阻的问题。

由于锂金属的这样的高度不稳定性，因此使用锂金属作为负极的锂金属电池尚未被商业化。

因此，已经研究了通过改善上述问题来使锂金属电池商业化的各种方法。

作为一例，韩国专利第10-0635684号涉及一种具有玻璃保护层的锂电极的形成方法，并且公开了一种通过在沉积有脱模剂层的基材(PET)上形成保护层，在所述保护层上沉积锂，然后在锂上沉积集电器来制备锂电极的方法。

尽管现有技术文献通过在形成锂负极时进行真空沉积工序而在某种程度上改善了由于锂金属反应性而导致的形成氧化物层的问题，但是由于在电池组装工序期间电极仍暴露于大气，因此尚未实现从根本上抑制氧化物层的形成。因此，已经需要开发能够在解决高锂反应性的问题的同时通过使用锂金属来增加能量密度并且能够进一步简化工序的锂金属电池。

[现有技术文献]