用于锂二次电池的阴极、其制造方法以及利用其的锂二次电池技术

本发明专利技术涉及能够通过在用于锂二次电池的阴极上形成膜来抑制电沉积过程中的枝晶，从而确保高能量密度、长寿命和稳定性的用于锂二次电池的阴极、其制造方法以及利用该阴极的锂二次电池。根据本发明专利技术的用于锂二次电池的阴极的制造方法包括：形成基于二氧化硫的钠熔融盐的步骤；以及将集电体浸入基于二氧化硫的钠熔融盐中从而在集电体表面上形成保护层的步骤。

【技术实现步骤摘要】
用于锂二次电池的阴极、其制造方法以及利用其的锂二次电池
本专利技术涉及锂二次电池，更具体地，涉及能够通过在用于锂二次电池的阴极上形成膜来抑制充放电过程中的枝晶从而确保高能量密度、长寿命和稳定性的用于锂二次电池的阴极、其制造方法以及利用该阴极的锂二次电池。
技术介绍
在对于二次电池的需求随着IT移动市场的壮大一同增加的同时，二次电池的应用领域逐渐扩展至电动汽车和储能系统的市场。尤其，为了实现诸如用于电动汽车的电池等具有高能量密度的电池，有必要开发具有比锂离子电池(最大能量密度达到250Wh/kg)更大的能量密度的下一代锂电池，而最符合这种条件的二次电池之一即为锂二次电池。所谓锂二次电池指定是使用金属锂作为阴极的二次电池，正在以诸如锂-空气电池或锂-磺胺电池等多种形态进行研究与开发。锂的标准还原电势是-3.045VSHE(StandardHydrogenElectrode)，非常低，比重为1.85cm3/g，属于偏高，并且其单位重量的能量密度(3860mAh/g)相比于目前已商用化的碳系阴极(372mAh/g)高10倍以上，因此属于能够使电池高能量密度化的理想材料。然而，当使用金属锂作为二次电池的阴极时存在如下所述的问题。第一，由于金属锂与电解液成分的反应性高，因此当电解液与金属锂接触时，由电解质的自发分解而导致在金属锂的表面上形成钝化膜(passivationlayer)。由于这种膜导致局部性电流密度差异，因此在充电时使电流分布不均匀的同时形成树枝状的锂枝晶。另外，当如此形成的枝晶继续生长直到穿透隔膜而与阳极接触时，将发生内部短路，从而导致电池爆炸的现象。第二，由于作为碱性金属的锂与水分的反应性高，因此即使在电解质内包含有若干ppm程度的水分时，锂也能够与水分反应而产生热和气体，并由此导致电池内部发生膨胀，从而引发电池稳定性的问题。第三，由于锂的质软而机械强度低，因而在不进行附加的表面处理而使用时其操作性非常低。因此，用于抑制金属锂电极的枝晶形成的技术是对于开发下一代锂二次电池所必需要优先推行的核心技术。现有技术文献专利文献第2016-0099458号韩国公开专利(2016.08.22)
技术实现思路
解决的技术问题本专利技术的目的在于提供能够通过抑制枝晶形成在金属锂电极上从而确保高能量密度、长寿命和稳定性的用于锂二次电池的阴极、其制造方法以及利用该阴极的锂二次电池。解决方法根据本专利技术的用于锂二次电池的阴极的制造方法包括：制造基于二氧化硫的钠熔融盐的步骤；将集电体浸入上述基于二氧化硫的钠熔融盐中从而在上述集电体表面上形成保护层的步骤。根据本专利技术的用于锂二次电池的阴极的制造方法的特征在于，在上述形成保护层的步骤中，上述集电体包括金属锂。根据本专利技术的用于锂二次电池的阴极的制造方法的特征在于，在上述制造熔融盐的步骤中，上述基于二氧化硫的钠熔融盐包括NaAlCl4-2SO2或NaGaCl4-2SO2。根据本专利技术的用于锂二次电池的阴极的制造方法的特征在于，上述制造熔融盐的步骤包括：将NaCl与AlCl3或GaCl3混合而制造固体盐的步骤；向上述固体盐提供SO2而制造液态的基于二氧化硫的钠熔融盐的步骤。根据本专利技术的用于锂二次电池的阴极的制造方法的特征在于，在上述形成保护层的步骤中，上述保护层形成在上述金属锂的表面上并且是包括Na、Cl或S的膜。根据本专利技术的用于锂二次电池的阴极包括：集电体；以及保护层，形成在上述集电体的表面上并且将金属锂浸入基于二氧化硫的钠熔融盐中而形成。根据本专利技术的用于锂二次电池的阴极的特征在于，上述集电体包括金属锂。根据本专利技术的用于锂二次电池的阴极的特征在于，上述基于二氧化硫的钠熔融盐包括NaAlCl4-2SO2或NaGaCl4-2SO2。根据本专利技术的用于锂二次电池的阴极的特征在于，上述基于二氧化硫的钠熔融盐通过将NaCl与AlCl3或GaCl3混合而形成固体盐并且向上述固体盐提供SO2来形成。根据本专利技术的用于锂二次电池的阴极的特征在于，上述保护层形成在上述金属锂的表面上，并且是包括Na、Cl或S的膜。根据本专利技术的包括用于锂二次电池的阴极的锂二次电池包括用于锂二次电池的阴极，该阴极包括：集电体；以及保护层，形成在上述集电体的表面上并且将集电体浸入基于二氧化硫的钠熔融盐中而形成。有益的效果根据本专利技术的用于锂二次电池的阴极的制造方法，能够通过将金属锂浸入基于二氧化硫的钠熔融盐中而在金属锂表面上形成保护层，从而抑制阴极处的枝晶的形成，进而确保高能量密度、长寿命和稳定性。附图说明图1是示出根据本专利技术的锂二次电池的图。图2是示出根据本专利技术的用于锂二次电池的阴极的制造方法的流程图。图3是示出根据本专利技术实施方式和对比实施方式的用于锂二次电池的阴极的表面SEM图像的照片。图4是示出根据本专利技术实施方式的用于锂二次电池的阴极的表面分析(XPS)结果的图。具体实施方式应注意，在以下说明中仅对理解本专利技术的实施方式所需的部分进行说明，并且将省略对其它部分的说明以避免使本专利技术的主旨模糊。以下描述本说明书和权利要求书中所使用的用语或词语不应解释为由通常的或在辞典中所定义的含义来限定，而必须基于以下原则以符合本专利技术技术思想的含义和概念来解释，即专利技术人可以为了以最优的方法说明自己的专利技术而适当地以用语的概念进行定义。因此，应理解，本说明书中记载的实施方式和附图中示出的结构仅仅是本专利技术的优选实施方式，而并非代表本专利技术的全部技术构思，因此在提交本申请时可存在能够替代它们的多种等同形式和变型实施方式。下文中，将参考附图更详细地说明本专利技术的实施方式。图1是示出根据本专利技术的锂二次电池的图。参考图1，在根据本专利技术的锂二次电池100中，阴极10和阳极30以隔膜20为基准进行布置，并且电解质插置于阴极10与阳极30之间。阳极30可包括LiMO2(M＝V、Cr、Co、Ni)、LiM2O4(M＝Mn、Ti、V)、LiMPO4(M＝Co、Ni、Fe、Mn)、LiNi1-xCoxO2(0<x<1)、LiNi2-xMnxO4(0<x<2)和Li[NiMnCo]O2等锂过渡金属氧化物或硫化合物作为活性物质，或者可使用多孔性空气电极作为活性物质。这种阳极活性物质根据所使用的活性物质的种类可具有层状结构、尖晶石结构或橄榄石结构。电解质可由液体电解质或固体电解质构成，尤其在使用液体电解质时，可在阴极10与阳极30之间形成用于装载有机电解液的隔膜20。有机电解液含有锂盐和有机溶剂。作为非限制性示例，锂盐可选自六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、二草酸硼酸锂(LiBOB)以及由其中2个以上的物质组成的混合物。作为非限制性示例，有机溶剂可选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯以及由其中2个以上的物质组成的混合物。有机溶剂可为含碳酸二甲酯(dimethylcarbonate，DC)、碳酸甲乙酯(ethylmethylcarbonate，EMC)等的基础溶剂，所述基础溶剂包括碳酸乙烯酯(ethylenecarbonate，EC)、碳酸丙烯酯(p本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于锂二次电池的阴极的制造方法，包括：制造基于二氧化硫的钠熔融盐的步骤；以及通过将集电体浸入所述基于二氧化硫的钠熔融盐中，从而在所述集电体表面处形成保护膜的步骤。

【技术特征摘要】
2016.09.29 KR 10-2016-01254681.用于锂二次电池的阴极的制造方法，包括：制造基于二氧化硫的钠熔融盐的步骤；以及通过将集电体浸入所述基于二氧化硫的钠熔融盐中，从而在所述集电体表面处形成保护膜的步骤。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成保护层的步骤中的所述集电体包括金属锂。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述制造熔融盐的步骤中的所述基于二氧化硫的钠熔融盐包括NaAlCl4-xSO2(1.5≤x≤3.0)或NaGaCl4-xSO2(1.5≤x≤3.0)。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述制造熔融盐的步骤包括：将NaCl与AlCl3或GaCl3混合而制造固体盐的步骤；向所述固体盐提供SO2而制造液态的基于二氧化硫的钠熔融盐的步骤。5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述形成保护层的步骤中，所述保护层形成在所述金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑求轸，金映俊，金翰秀，宋珠蕙，
申请(专利权)人：电子部品研究院，
类型：发明
国别省市：韩国,KR