锂电极和包含该锂电极的锂二次电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及锂电极和包含该锂电极的锂二次电池，更具体而言，涉及可以防止在 锂二次电池工作期间锂枝晶生长的锂电极，和包含该锂电极的锂二次电池。
[0002] 本申请要求2013年9月11日在韩国提交的韩国专利申请第10-2013-0109371号 和2014年9月1日在韩国提交的韩国专利申请第10-2014-0115488号的优先权，其通过引 用并入本文。
【背景技术】
[0003] 近来，对于能量储存技术的关注日益增加。在手机、摄像机、笔记本电脑、PC和电 动车的领域中已广泛使用电化学装置作为能源，而导致对其的深入研究和开发。在这方面， 电化学装置是极受关注的主题之一。特别地，可再充电二次电池的开发是关注的焦点。近 来，这种电池的研究和开发集中在新电极和电池的设计以改善容量密度和比能量。
[0004] 目前有许多二次电池可供使用。其中，20世纪90年代早期开发的锂二次电池由于 其比传统的基于水性电解质的电池（例如Ni-MH、Ni-Cc^P H2SO4-Pb电池）工作电压更高且 能量密度高得多的优点，已引起特别的关注。
[0005] 通常，二次电池通过将由阳极、阴极和置于其间的隔板组成的电极组合件以层合 结构或缠绕结构的形式嵌入电池壳中且将非水性电解质溶液引入其中而构成。
[0006] 作为阳极，经常使用锂电极，该锂电极通常通过将锂箱附接在平面集流体上而形 成。在具有这种锂电极的电池工作之时，电子通过集流体转移进入锂箱以产生单向流。由 此，在锂表面上的电子密度变得不均匀，从而可能形成锂枝晶。锂枝晶可能对隔板造成损坏 且在锂二次电池中造成短路。
[0007] 为了解决该问题，已尝试使锂表面的顶部涂覆有用于锂离子传导的保护膜，从而 防止锂枝晶的形成。然而，用于锂离子传导的保护膜通常在电池的充电和放电期间由于锂 的减少和增加而剥离。
【发明内容】
[0008] 技术问题
[0009] 设计本公开以解决现有技术的问题，因此本公开的一个目的为提供锂电极，其可 以改进锂金属和集流体之间的接触面且使得电子能够在锂电极中均匀分布以防止在锂二 次电池的工作期间锂枝晶的生长，此外可以保留用于锂离子传导的保护膜而在电池的充电 和放电期间不剥离。
[0010] 技术解决方案
[0011] 为了实现上述目的，根据本公开的一个方面，提供了锂电极，其包括含有多孔金属 集流体和嵌入存在于该金属集流体中的孔的锂金属的电极复合材料；以及用于锂离子传导 的保护膜，所述保护膜形成在电极复合材料的至少一个表面上。
[0012] 该锂金属可以以按电极复合材料的总重量计1至50重量％的量嵌入。
[0013] 金属集流体可以由选自铜、镍、铁、铬、锌、不锈钢及其混合物中的任一种制成。
[0014] 金属集流体可以具有50至99%的孔隙率。
[0015] 孔可以具有5至500 μ m的尺寸。
[0016] 金属集流体可以呈金属网或金属泡沫的形式。
[0017] 用于锂离子传导的保护膜可以由选自以下的任一种制成：聚环氧乙烷（PEO)、聚 丙烯腈（PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚偏二氟乙烯（PVDF)、聚偏二氟乙烯-共聚-六 氟丙烯（PVDF-共聚-HFP)、LiPONai 3NaixLa1 xTi03(0 < X < I)、Li2S-GeS-Ga2S3及其混合 物。
[0018] 用于锂离子传导的保护膜可以具有0. 01至50 μ m的厚度。
[0019] 根据本公开的另一方面，提供了锂二次电池，其包括含有阴极、阳极及置于其间的 隔板的电极组合件；用于接纳该电极组合件的电池壳；以及引进电池壳内以含浸于电极组 合件中的非水性电解质溶液，其中所述阳极为本公开的上述锂电极。
[0020] 阴极可包含选自以下的阴极活性材料：LiCo02、LiNi02、LiMn 204、LiCoP04、LiFeP04、 LiNiMnCo02、LiNi1 x y zCoxMlyM2z02 (其中 Ml 和 M2 各自独立地选自 Al、Ni、Co、Fe、Μη、V、Cr、 Ti、W、Ta、Mg和Mo,并且x、y和z各自独立地为形成氧化物的元素的原子分数，其中0彡x <0.5,0 彡y <0.5,0 彡 z <0.5,且 x+y+z 彡 1)，及其混合物。
[0021] 隔板可以为由选自以下的任一种制成的多孔基材：聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚戊 烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰 亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇酯及其混合物。
[0022] 此外，非水性电解质溶液可包含有机溶剂和电解质盐。
[0023] 有机溶剂可为选自以下的任一种：碳酸亚乙酯（EC)、碳酸亚丙酯（PC)、碳酸1， 2_亚丁酯、碳酸2，3-亚丁酯、碳酸1，2-亚戊酯、碳酸2，3-亚戊酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯 亚乙酯、氟代碳酸亚乙酯（FEC)、碳酸二甲酯（DMC)、碳酸二乙酯（DEC)、碳酸二丙酯、碳酸乙 基甲酯（EMC)、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、二甲醚、二乙醚、二丙醚、甲基乙基醚、甲基丙基醚、 乙基丙基醚、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯、 γ-戊内酯、γ-己内酯、σ -戊内酯、ε -己内酯及其混合物。
[0024] 此外，电解质盐可包含选自以下的阴离子：F、C1、Br、I、N03、N(CN) 2、BF4、C104、 PF6、（CF3)2PF4、（CF3) 3PF3、（CF3)4PF2、（CF 3)5PF、（CF3)6P、CF3SO 3、CF3CF2SO3、（CF3SO 2)2N、 (FSO2) 2N、CF3CF2 (CF3) 2C0、（CF3SO2) 2CH、（SF5) 3C、（CF3SO2) 3C、CF3 (CF2) 7S03、CF3CO2、 CH3CO2、SCN 和（CF 3CF2S02) 2N 〇
[0025] 电池壳可为筒形、棱柱形、袋形或硬币形。
[0026] 有利效果
[0027] 根据本公开的锂电极可增加锂金属和集流体之间的接触面以改善锂二次电池的 性能。
[0028] 此外，锂电极可在其中呈现均匀的电子分布，以防止在锂二次电池的工作期间锂 枝晶的生长，从而改善锂二次电池的安全性。
[0029] 此外，即使锂电极在其表面上涂覆有用于锂离子传导的保护膜，也可以防止该保 护膜在锂二次电池的充电和放电期间的剥离。
【附图说明】
【附图说明】 [0030] 本公开的优选实施方案，且与前述公开内容一起用于提供对本公开的技 术精神的进一步理解。然而，本公开不应理解为受限于附图。
[0031] 图1示意性地示出常规锂电极在放电之前和之后各自的状态，所述电池是通过将 锂箱附接在平面集流器上而制得的。
[0032] 图2为示出根据本公开的一个实施方案，包含嵌入存在于多孔金属集流体中的孔 的锂金属的电极复合材料表面的SEM照片。
[0033] 图3示意性地示出锂电极在放电之前和之后各自的状态，所述电池是根据本公开 的一个实施方案制得的。
[0034] [附图标记说明]
[0035] 10、100:锂电极
[0036] 11 :集流体
[0037] 12 :锂箱
[0038] 13、130 :用于锂离子传导的保护膜
[0039] 110:多孔金属集流体
[0040] 120 :锂金属
【具体实施方式】
[0041] 在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方案。在说明之前，应该理解在 说明书和所附权利要求中所使用的术语不应理解为限于一般含义和字典含义，而是应基于 允许发明人为了最佳解释而适当定义术语的原则，根据对应于本公开的技术方面的含义和 概念来解释。
[0042] 因此，附图和实施方案中所示的结构仅是只用于说明目的的优选实例，而不旨在 限制本公开的范围，所以应理解可在不脱离本公开的精神和范围下对其做出其他等效方案 和修改方案。
[0043] 图1示意性地示出常规锂电极在放电之前和之后各自的状态，该电池通过将锂箱 附接在平面集流器上而制得。图2为示出根据本公开的一个实施方案，包含嵌入存在于多 孔金属集流体中的孔的锂金属的电极复合材料表面的SEM照片。图3示意性地示出锂电极 在放电之前和之后各自的状态，该电池是根据本公开的一个实施方案制得的。
[0044] 参照图1，通常通过将锂箱12附接在平面集流体11上而形成的锂电极10具有被 涂覆在锂箱12的顶部的用于锂离子传导的保护膜13,以防止锂枝晶的形成，但保护膜13在 电池的充电和放电期间因锂的减少和增加而剥离。
[0045] 参照图2和3,根据本公开的一个方面的锂电极100(其被设计用于解决该问题的 目的）包含电极复合材料，所述电极复合材料包含多孔金属集流体110和嵌入存在于该金 属集流体110中的孔的锂金属120 ;以及用于锂离子传导的保护膜