[发明专利]锂二次电池

说明书

本发明涉及一种锂二次电池，并且更具体地，涉及一种如下的锂二次电池，其包含含有具有四个氮与过渡金属键合的稳定结构的过渡金属复合物的正极催化剂作为用于在正极中包含有含硫材料的锂二次电池的操作期间产生的硫的还原反应的正极催化剂，从而改善电池的性能和寿命。

技术领域

本申请要求基于2018年11月7日提交的韩国专利申请第10-2018-0135536号、2018年11月7日提交的韩国专利申请第10-2018-0135538号和2019年11月4日提交的韩国专利申请第10-2019-0139543号的优先权的权益，这些韩国专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

本发明涉及一种锂二次电池，其包含可以通过促进在电极中发生的化学反应而有利于电池的商业化和高性能的正极催化剂。

背景技术

直到最近，开发使用锂作为负极的具有高能量密度的电池已经引起了相当大的关注。例如，与具有由于存在非电活性材料而导致负极的重量和体积增加，因而降低电池的能量密度的锂插入式碳负极和镍或镉电极的其它电化学系统相比，由于锂金属具有低重量和高容量特性，因此锂金属作为电化学电池用负极活性材料而备受关注。锂金属负极或主要包含锂金属的负极为构建比诸如锂离子电池、镍金属氢化物电池或镍镉电池的电池更轻并且具有更高的能量密度的电池提供了机会。对于其中为低重量值而支付额外费用的诸如移动电话和膝上型计算机的便携式电子装置用电池，这些特征是非常理想的。

用于锂电池的这些类型的正极活性材料是已知的并且包含含有硫-硫键的含硫正极活性材料，并且通过硫-硫键的电化学断裂(还原)和重新形成(氧化)而实现高能量容量和可再充电性。

由于存在以下优势，即如上文所述使用锂和碱金属作为负极活性材料并且使用硫作为正极活性材料的锂硫二次电池具有2800Wh/kg的理论能量密度和1675mAh/g的硫的理论容量，这比其它电池系统高得多，并且硫具有丰富的资源，廉价并且是环保物质，因此锂硫二次电池作为便携式电子装置而受到关注。

然而，存在以下问题，即由于用作锂硫二次电池的正极活性材料的硫为非导体，因此其难以转移由电化学反应产生的电子，并且由于在充电/放电期间多硫化物(Li₂S₈-Li₂S₄)的溶出问题以及由于硫和锂硫化物(Li₂S₂/Li₂S)的电导率低而导致电化学反应的动力学缓慢，因此电池的寿命特性和倍率特性受到抑制。

在这方面，近来，在使用已经被广泛用作电化学催化剂的铂(Pt)的锂硫二次电池的充电/放电过程中，已经报道了关于通过改善硫的氧化还原反应的动力学来实现高性能的锂硫二次电池的研究(Hesham Al Salem等：“Polysulfide Traps for ControllingRedox Shuttle Process of Li-S Batteries(用于控制锂硫电池的氧化还原穿梭过程的多硫化物捕获剂)”：J.Am.Chem.Soc.,2015,137,11542)。

然而，由于诸如铂的贵金属催化剂是昂贵的，因此它们不仅是难以商业化的材料，而且它们还存在在充电/放电过程中由于硫的氧化还原反应而中毒的问题，从而使得难以用作锂硫二次电池用正极材料。

因此，对于能够改善锂硫二次电池在充电和放电期间的电化学反应的动力学并且还在成本方面有利于商业化的正极材料的技术开发存在持续的需求。

[现有技术文献]

[专利文献]

(专利文献1)韩国专利公布第2013-0014650号

(专利文献2)国际专利公布第2018-0013499号

(专利文献3)国际专利公布第2017-0023304号

发明内容

【技术问题】