[发明专利]锂电极用保护膜以及包含其的锂电极和锂二次电池

说明书

本发明涉及一种锂电极用保护膜，以及包含所述锂电极的锂电极和锂二次电池，并且特别地，涉及如下的锂电极，所述锂电极能够通过经由在包含锂的电极中形成保护膜和经由在纤维状网络结构中形成保护膜来确保足够水平的强度以抑制锂枝晶生长而提高电池性能；以及一种包含所述锂电极的锂二次电池。

技术领域

本申请要求2016年4月14日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2016-0045319号的优先权和权益，并通过引用的方式将其全部内容并入本文中。

本发明涉及通过包含高强度保护膜而即使在高倍率的情况下也能够提高电池性能的锂电极用保护膜、以及包含所述保护膜的锂电极和二次电池。

背景技术

随着电子、通信和计算机行业的快速发展，储能技术的应用领域已经扩展到了摄像机、移动电话、笔记本电脑、PC以及电动车辆。因此，正在开发质量轻、可长时间使用且高度可靠的高性能二次电池。

作为满足这样的要求的电池，锂二次电池已经受到关注。

锂二次电池具有层压或卷绕包含正极、负极和设置在正极与负极之间的隔膜的电极组件的结构，并且通过将该电极组件嵌入电池壳中且向其中注入非水液体电解质而形成。当锂离子在正极与负极中嵌入/脱嵌时，锂二次电池通过氧化和还原反应而产生电能。

在普通的锂二次电池中，负极使用金属锂、碳等作为活性材料，而正极使用锂氧化物、过渡金属氧化物、金属硫属化合物、导电聚合物等作为活性材料。

其中，使用锂金属作为负极的锂二次电池大多在铜集电器上附着锂箔作为电极、或者使用锂金属片材本身作为电极。锂金属具有低电位和高容量，并且作为高容量负极材料而受到了很多关注。

当使用锂金属作为负极时，由于各种原因，在电池工作期间可能在锂金属表面上出现电子密度不均匀。结果，在电极表面上产生枝状锂枝晶，导致在电极表面上形成并生长突起，从而使电极表面非常粗糙。这样的锂枝晶会造成电池性能下降，且在严重的情况下会导致隔膜损坏以及电池短路。结果，电池中的温度升高，导致电池爆炸和着火的危险。

此外，在电极(特别是锂电极)中使用的锂与液体电解质的反应性高，并且在液体电解质成分与锂金属接触时，通过自发反应形成被称为保护膜的膜。在充放电期间在锂表面上形成的保护膜重复经受破坏和形成，并且在重复进行电池充放电时，出现增加保护膜成分和损耗锂负极中的液体电解质的问题。此外，液体电解质中的一些还原的物质引起与锂金属的副反应，促进锂消耗。结果，电池寿命缩短。

鉴于以上所述，为了使锂金属稳定已经进行了各种研究，并且作为这样的研究的一部分，提出了在邻接电极的位置处形成保护膜的方法。

韩国专利10-0425585号公开了使用由CH₂＝CH-CO₂-(CH₂)₈-CO₂-CH＝CH₂表示的二丙烯酸类单体在锂电极表面上形成交联聚合物保护膜的技术，并且记载了电池寿命可以通过用交联聚合物保护膜抑制锂枝晶生长并使锂电极稳定而增加。然而，交联聚合物保护膜在邻接液体电解质时引起膨胀或损坏的新问题。

此外，韩国专利申请未经审查的公报2014-83181号在公开了具有在锂金属表面上形成的包含聚碳酸亚乙烯酯类聚合物和直径为1nm至10μm的无机粒子如SiO₂、Al₂O₃或TiO₂的保护膜的锂负极的同时，公开了可以使锂金属稳定并且可以减小锂电极-电解质之间的界面电阻。然而，保护膜中的无机粒子是球形粒子并且引起锂枝晶沿着球形粒子界面生长的问题，并且仍然存在电池短路的危险。

如上所述，在保护膜中含有交联聚合物和/或无机粒子在低倍率下已经显示了有些优越的性能和少量的锂离子迁移，然而，在高倍率下，无法充分地确保这些效果。

[现有技术文献]