高耐用性的锂二次电池及其制造方法技术

提供了一种高耐用性的锂二次电池及其制造方法。锂二次电池包括增强层，该增强层定位在负极集电器和正极集电器中的至少一个的外侧，并且包括含有聚合物的基质和分散在基质中的导热填料。的导热填料。的导热填料。

【技术实现步骤摘要】
高耐用性的锂二次电池及其制造方法


[0001]本公开涉及具有高耐用性的锂二次电池及其制造方法。

技术介绍

[0002]锂二次电池是当前商业化的二次电池中具有最高能量密度的二次电池，并且可用于各种领域，诸如电动车辆。
[0003]市售的用于锂二次电池的负极活性材料包括石墨。石墨具有结构，其中结合在一起的碳原子的单层堆叠在多层中。当锂二次电池被充电时，锂离子从正极移动到负极并进入石墨层之间，石墨膨胀。同时，石墨具有372mAh/g的理论容量，但是在其应用于需要高能量密度的电动车辆和大容量能量存储系统中受到限制。
[0004]因此，对于硅类材料作为可以取代石墨的负极活性物质的兴趣已经增加。硅基材料具有比石墨的能量密度大约10倍的能量密度并且还具有更高的充电/放电速率。然而，在充电期间，硅基材料的膨胀程度比石墨的膨胀程度高得多。当锂离子进入时，石墨膨胀约10％，但是硅基材料膨胀约400％。
[0005]同时，已经尝试使用锂金属作为负极材料以进一步增加锂二次电池的能量密度。锂金属由于其优点(包括3860mAh/g的高理论容量和非常低的氧化还原电位(
‑
3.04V vs.S.H.E)。
[0006]然而，在包括锂金属作为负极材料的锂二次电池中，锂离子在充电期间沉积在锂金属上，并且在该过程中，由于锂的不均匀沉积而发生局部体积膨胀。
[0007]锂二次电池的另一发展方向包括采用固体电解质代替液体电解质的全固态电池。全固态电池是三层层压体，包括：结合至正极集电器的正极层；接合到负极集电器的负极层；以及插入在正极层和负极层之间的固体电解质层。
[0008]全固态电池的负极层通过混合负电极活性材料和用于确保离子导电性的固体电解质形成。因为固体电解质具有比液体电解质更大的比重，所以上述常规的全固态电池具有比锂离子电池更低的能量密度。
[0009]因此，为了增加全固态电池的能量密度，已经进行了关于锂金属作为负极材料的应用的研究。然而，不能解决诸如上述的锂的不均匀沉积、界面结合、枝状晶体的增长、高价格、以及难以增加大面积全固态电池的问题。
[0010]近年来，对不含负极且锂直接沉积在负极集电器上的储存型、无阳极型全固态电池进行了研究。然而，上述无阳极型全固态电池还具有以下问题：由于锂的不均匀沉积引起的局部体积膨胀、增加的不可逆反应等，电池的寿命和耐用性非常差。

技术实现思路

[0011]在优选的方面，提供了一种能够防止集电器由于电极的体积膨胀而发生断裂的锂二次电池。
[0012]本公开的目的不限于上述目的。本公开的目的将从以下描述变得更加明显，并且
将通过在权利要求及其组合中描述的方式来实现。
[0013]一方面，提供了一种锂二次电池，可包括：负极集电器；负极层，设置在负极集电器上；中间层，设置在负极层上并且包括固体电解质或隔膜；正极层，设置在中间层上；正极集电器，设置在正极层上；和增强层，设置在负极集电器和正极集电器中的至少一个的外侧上，并且包括含有聚合物的基质和分散在基质中的导热填料。
[0014]负极层可以包括负极活性材料或锂金属。
[0015]负极层可以包括非晶碳和选自由金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)、硅(Si)、银(Ag)、铝(Al)、铋(Bi)、锡(Sn)和锌(Zn)组成的组中的一种或多种金属。金属可与锂形成合金或与锂形成合金。
[0016]该聚合物可以包括一种共聚物，该共聚物包括选自下组的一种或多种，该组由以下各项组成：酰胺、氯丁二烯、丁二烯、异戊二烯、环氧树脂、氯乙烯、联苯基氯、对苯二甲酸、乳酸、乙烯醇、苯乙烯、乙烯、丙烯、酯、丙烯腈、丙烯酸、海藻酸、偏二氟乙烯、纤维素、以及双酚A。
[0017]导热填料可以是颗粒形式，并且可以具有约50nm至500nm的平均粒径。
[0018]导热填料可以包括选自由氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)和碳化硅(SiC)组成的组中的一种或多种无机填料。
[0019]导热填料可以包括选自由石墨、碳纳米管(CNT)和石墨烯组成的组中的一种或多种。
[0020]基于100重量份的聚合物，增强层可以包括约1至400重量份的量的导热填料。
[0021]增强层的厚度可以是与增强层相邻的集电器的厚度的约1％至100％。
[0022]增强层的厚度可以是约0.1μm至10μm。
[0023]一方面，提供了一种用于制造锂二次电池的方法，该方法可以包括以下步骤：制备包括聚合物和导热填料的涂覆液；通过将涂覆液施涂在负极集电器和正极集电器的至少一个表面上来形成增强层；以及形成层压体，该层压体包括：负极集电器；负极层，设置在负极集电器上；中间层，设置在负极层上并且包括固体电解质或隔膜；正极层，设置在中间层上；正极集电器，设置在正极层上；以及增强层，设置在负极集电器和正极集电器中的至少一个的外侧。
[0024]可以通过以下步骤来制备涂覆液：以约1wt％至10wt％的浓度将聚合物加入至溶剂以获得聚合物溶液，并且基于100重量份的聚合物，以约1至400重量份的量将导热填料加入至聚合物溶液。
[0025]溶剂可以包括选自由丁酸己酯、二甲苯、丁酸丁酯、N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮、四氢呋喃、丙烯腈、水、和乙醇组成的组中的一种或多种。
[0026]增强层可通过旋涂、喷墨涂覆、丝网印刷或凹版辊涂覆，将涂覆液施涂到负极集电器和正极集电器中的至少一个的至少一个表面来形成。
[0027]还提供了一种包括如本文所描述的锂二次电池的车辆。
[0028]下文描述本专利技术的其他方面。
附图说明
[0029]现在将参考附图中示出的其某些示例性示例详细描述本公开的上述和其他特征，
在下文中，附图仅通过说明的方式给出，并且因此不限制本公开，并且其中：
[0030]图1示出了根据本公开示例性实施方式的示例性锂二次电池；
[0031]图2示出了根据本公开的示例性实施方式的示例性全固态电池被充电的状态；
[0032]图3示出了根据本公开的示例性实施方式的示例性增强层；
[0033]图4A示出了根据示例的全固态电池被充电和放电100次之后的全固态电池的计算机断层摄影(CT)图像；
[0034]图4B示出了在全固态电池被充电和放电100次之后根据比较例的全固态电池的计算机断层摄影(CT)图像；
[0035]图5A示出了根据示例和比较例的全固态电池的容量保持率的测量结果；以及
[0036]图5B示出了根据示例和比较例的全固态电池的库仑效率的测量结果。
具体实施方式
[0037]参照下面结合附图描述的实施例，本专利技术的上述目的、其他目的、特征和优点将变得显而易见。然而，本公开不限于以下公开的实施方式并且可以各种不同的形式体现。相反，提供本文所公开的这些实施方式使得本公开将是彻底和完整的，并且将本公开的精神完全传达给本领域技术人员。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂二次电池，包括：负极集电器；负极层，设置在所述负极集电器上；中间层，设置在所述负极层上并且包括固体电解质或隔膜；正极层，设置在所述中间层上；正极集电器，设置在所述正极层上；以及增强层，设置在所述负极集电器和所述正极集电器中的至少一个的外侧，并且包括含有聚合物的基质、和分散在所述基质中的导热填料。2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述负极层包括负极活性材料或锂金属。3.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述负极层包括非晶碳和金属，所述金属包括选自金Au、铂Pt、钯Pd、硅Si、银Ag、铝Al、铋Bi、锡Sn和锌Zn中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述聚合物包括共聚物，所述共聚物包括选自由以下组成的组中的一种或多种：酰胺、氯丁二烯、丁二烯、异戊二烯、环氧树脂、氯乙烯、联苯基氯、对苯二甲酸、乳酸、乙烯醇、苯乙烯、乙烯、丙烯、酯、丙烯腈、丙烯酸、海藻酸、偏二氟乙烯、纤维素、以及双酚A。5.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述导热填料为颗粒形式，并且具有50nm至500nm的平均粒径。6.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述导热填料包括选自由以下组成的组中的一种或多种：氮化硼BN、氮化铝AlN和碳化硅SiC。7.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述导热填料包括选自由以下组成的组中的一种或多种：石墨、碳纳米管CNT和石墨烯。8.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，基于100重量份的所述聚合物，所述增强层包括1至400重量份的量的所述导热填料。9.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述增强层的厚度是与所述增强层相邻的集电器的厚度的1％至100％。10.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述增强层具有0.1μm至10μm的厚度。11.一种制造锂二次电池的方法，包括：制备包括聚合物和导热填料的涂覆液；通过将涂覆液施涂在负极集电器和正极集电器中的至少一个的外侧，来形成增强层；以及形成层压体，所述层压体包括：负极集电器；负极层，设置在所述负极集电器上；中间层，设置在所述负极层上并且包...

【专利技术属性】
技术研发人员：南荣镇，崔洪硕，金相完，金善和，姜煕秀，林栽敏，赵成晚，
申请(专利权)人：起亚株式会社，
类型：发明
国别省市：