包含预锂化层的锂金属电池用负极、其制造方法以及包含其的锂金属电池技术

本公开内容提供一种锂金属电池用负极、其制造方法和包含其的锂金属电池，所述负极包含：金属集电器基材、形成在所述金属集电器基材的至少一个表面上的锂金属层和形成在所述锂金属层上的预锂化层，其中所述预锂化层包含预锂化的活性材料，并且其中所述锂金属层具有1μm以上的厚度。1μm以上的厚度。1μm以上的厚度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含预锂化层的锂金属电池用负极、其制造方法以及包含其的锂金属电池


[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在韩国知识产权局于2020年11月2日提交的韩国专利申请第10
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2020
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0144666号的权益，通过参考将其公开内容以其完整的形式并入本文中。
[0003]本公开内容涉及一种包含预锂化层的锂金属电池用负极、其制造方法以及包含其的锂金属电池。

技术介绍

[0004]由于化石燃料的使用迅速增加，对替代能源或清洁能源的使用需求日益增加，其中研究最为活跃的领域是利用电化学的发电和蓄电领域。
[0005]目前，二次电池是利用这种电化学能量的电化学装置的代表性实例，并且其使用范围有逐渐扩大的趋势。
[0006]近来，随着诸如便携式计算机、便携式电话和照相机的移动装置的技术开发和需求的增加，对作为能量来源的二次电池的需求也迅速增加。在这样的二次电池中，有表现出高的充电/放电特性和寿命特性并且环境友好的锂二次电池，其中对其已经进行了许多研究并且现在已经商业化并被广泛使用。
[0007]通常，二次电池具有其中非水电解液浸渍入包含正极、负极和多孔隔膜的电极组件中的结构。另外，所述正极通常通过在铝箔上涂布包含正极活性材料的正极混合物来制造，并且所述负极通过在铜箔上涂布包含负极活性材料的负极混合物来制造。
[0008]通常，所述正极活性材料使用锂过渡金属氧化物，并且所述负极活性材料使用碳系材料。
[0009]然而，近来，使用表现出高能量密度的锂金属本身作为负极活性材料的锂金属电池已商业化。
[0010]此时，因为用作负极的锂金属的密度低(0.54g/cm3)并且标准还原电位极低(
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3.045V SHE：标准氢电极)，所以它作为高能量密度电池用负极材料而成为备受关注的材料。此外，尽管存在由非常高的化学活性所引起的问题，但近年来，随着移动通信和便携式电子装置的使用稳步增加及其快速发展，开发具有高能量密度的二次电池的需求不断增加。因此，使用锂金属负极的必要性不断涌现。
[0011]在这种情况下，当使用锂金属电极作为所述负极时，所述锂金属具有非常优异的反应性，因此在所述二次电池的组装过程中它会与大气反应并瓦解，并且因充电而形成的锂电沉积层会因与电解质的直接接触而造成严重的副反应，这导致寿命特性迅速劣化。
[0012]因此，有必要开发一种能够解决上述问题从而能够用于锂金属电池中的负极。

技术实现思路

[0013][技术问题][0014]本公开内容旨在解决上述问题和尚待解决的其它技术问题。
[0015]具体地，本公开内容的目的是提供一种负极，所述负极能够通过在二次电池的组装过程中使负极与大气的反应最小化来降低电阻。
[0016]本公开内容的另一个目的是通过非常简单的方法在增加过量Li的同时降低内部电阻从而改善寿命特性的降低。
[0017][技术方案][0018]为了实现上述目的，根据本公开内容的一个实施方式，提供一种锂金属电池用负极，包含：
[0019]金属集电器基材、形成在所述金属集电器基材的至少一个表面上的锂金属层和形成在所述锂金属层上的预锂化层，
[0020]其中所述预锂化层包含预锂化的活性材料，并且
[0021]其中所述锂金属层具有1μm以上的厚度。
[0022]在此，所述活性材料可以是碳系材料、锂金属氧化物、能够与锂合金化的金属化合物、金属氧化物、锂
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金属合金或其两种以上的混合物。
[0023]所述金属集电器基材可以是选自由如下组成的组中的一种：铜、不锈钢、铝、镍、钛、煅烧碳、用异种金属进行表面处理的铜、用异种金属进行表面处理的不锈钢、和铝
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镉合金。
[0024]所述金属集电器基材可以是包含铜的金属。
[0025]在一个具体实施方式中，所述锂金属层与所述预锂化层的厚度比可以为99:1～1:99。
[0026]在一个具体实施方式中，所述预锂化层可以还包含粘合剂和导电材料。
[0027]根据本公开内容的另一个实施方式，提供一种制造负极的方法，所述方法包括如下步骤：(a)在所述金属集电器基材的至少一个表面上放置、电沉积或气相沉积锂金属以形成锂金属层；(b)将活性材料粒子与溶剂一起混合或分散以制备浆料或分散液；(c)将所述浆料或分散液涂布在所述步骤(a)的所述锂金属层上并干燥以形成保护层，从而制造预备负极；和(d)将所述预备负极压延并使锂金属与保护层反应，从而对所述保护层进行预锂化，其中在所述步骤(a)中，将所述锂金属的负载量形成为大于所述保护层的负载量，使得所述锂金属层即使在预锂化后也存在。
[0028]在所述步骤(b)中，可以将所述粒子制备成粒径(D50)为1μm～30μm的浆料，或制备成粒径(D50)为1nm～1000nm的分散液。
[0029]在此，所述活性材料可以是碳系材料、锂金属氧化物、能够与锂合金化的金属化合物、金属氧化物、锂
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金属合金或其两种以上的混合物。
[0030]在一个具体实施方式中，所述步骤(d)的压延可以在水分被控制的干燥环境中进行，或者可以通过在步骤(c)与(d)之间进一步包括(c')在所述保护层上滴加10～500μl的耐还原性液体并润湿的步骤来进行湿式压延。
[0031]此时，所述步骤(d)的压延可以在0.1MPa～5MPa的压力下进行。
[0032]根据本公开内容的又一个实施方式，提供一种锂金属电池，其中将电极组件与锂非水电解质一起构建在电池壳中，其中所述电极组件包含：
[0033]负极，所述负极包含金属集电器基材、形成在所述金属集电器基材的至少一个表
面上的锂金属层、形成在所述锂金属层上的预锂化层和形成在所述预锂化层上的锂电沉积层，
[0034]其中所述预锂化层包含预锂化的活性材料，并且
[0035]其中所述锂金属层具有1μm以上的厚度；
[0036]正极，所述正极具有其中包含活性材料的正极混合物被涂布在正极集电器的至少一个表面上的结构；和
[0037]隔膜，所述隔膜设置所述负极与所述正极之间。
[0038]在此，所述活性材料可以是碳系材料、锂金属氧化物、能够与锂合金化的金属化合物、金属氧化物、锂
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金属合金或其两种以上的混合物。
[0039]此时，所述锂电沉积层可以是通过对锂金属电池充电而形成的。
附图说明
[0040]图1是比较例1的负极的图像；
[0041]图2是比较例3的负极的图像；并且
[0042]图3是实施例1的负极的图像。
具体实施方式
[0043]在下文中，将更详细地描述本公开内容以更好地理解本公开内容。
[0044]在本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被解释为限于普通或字典的术语，并且应在专利技术人可以适当定义术语的概念从而以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种锂金属电池用负极，包含：金属集电器基材、形成在所述金属集电器基材的至少一个表面上的锂金属层和形成在所述锂金属层上的预锂化层，其中所述预锂化层包含预锂化的活性材料，并且其中所述锂金属层具有1μm以上的厚度。2.根据权利要求1所述的负极，其中：所述活性材料是碳系材料、锂金属氧化物、能够与锂合金化的金属化合物、金属氧化物、锂
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金属合金或其两种以上的混合物。3.根据权利要求1所述的负极，其中：所述金属集电器基材是选自由如下组成的组中的一种：铜、不锈钢、铝、镍、钛、煅烧碳、用异种金属进行表面处理的铜、用异种金属进行表面处理的不锈钢、和铝
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镉合金。4.根据权利要求1所述的负极，其中：所述金属集电器基材是包含铜的金属。5.根据权利要求1所述的负极，其中：所述锂金属层与所述预锂化层的厚度比为99:1～1:99。6.根据权利要求1所述的负极，其中：所述预锂化层还包含粘合剂和导电材料。7.一种制造根据权利要求1的负极的方法，所述方法包括如下步骤：(a)在所述金属集电器基材的至少一个表面上放置、电沉积或气相沉积锂金属以形成锂金属层；(b)将活性材料粒子与溶剂一起混合或分散以制备浆料或分散液；(c)将所述浆料或分散液涂布在所述步骤(a)的所述锂金属层上并干燥以形成保护层，从而制造预备负极；和(d)将所述预备负极压延并使锂金属与所述保护层反应，从而对所述保护层进行预锂化，其中在所述步骤(a)中，将所述锂金属的负载量形成为大于所述保护层的负载量，使得所述锂金属层即使在预锂化后也存在。8.根据权利要求7所述的制造负极的方法，其中：在所述步骤(b)中，将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹泫雄，蔡午秉，李廷弼，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：