[发明专利]其上形成有双保护层的锂二次电池用负极和包含其的锂二次电池

说明书

本发明涉及其上形成有双保护层的锂二次电池用负极，更具体地涉及其上形成有聚合物保护层和碳基保护层的锂二次电池用负极，以及包含其的锂二次电池。包括本发明的负极的锂二次电池中形成的稳定氟化锂(LiF)膜防止了固体电解质界面(SEI)层的损失，能够提高电池性能并展示出稳定性能。另外，吸收惰性锂或锂枝晶防止了电池内部短路的发生，由此改善了电池的充电/放电循环寿命特性。

技术领域

本申请要求2016年9月30日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2016-0127015号以及2017年9月29日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2017-0126709号的优先权和权益，本文通过援引并入其全部内容。

本发明涉及其中形成有双保护层的锂二次电池用负极，且更具体地涉及其中形成有聚合物保护层和碳基保护层的锂二次电池用负极，以及包含其的锂二次电池。

背景技术

近来对于能量存储技术的关注越来越高。由于应用已扩展至移动电话、摄像机和笔记本PC以及电动车辆的能量，在电化学器件的研究开发上的努力已被越来越多地实体化。

电化学器件是在这些方面中受到最多关注的领域，而其中，能够充放电的二次电池的开发已成为关注焦点，且开发这类电池已进展到设计新电极和电池来提高容量密度和能量效率方面的研究与开发。

在目前使用的二次电池中，二十世纪九十年代初期开发的锂二次电池已受到关注，其优点在于具有高工作电压和相比于使用水溶液液体电解质的如Ni-MH、Ni-Cd和硫酸铅电池等传统电池而言显著更高的能量密度。

锂二次电池通常通过以下过程形成：将包括正极、负极和设置于正极和负极之间的隔膜的电极组装体以层压结构或缠绕结构嵌入电池外壳内并向其中注入非水性液体电解质。为了使用锂电极作为负极，将锂箔附接于平面集流体上。

在锂二次电池中，来自如锂金属氧化物等正极活性材料的锂离子在初始充电期间迁移至包括碳基材料的负极，并插入至碳基材料的层间。此处，锂非常具反应性，而液体电解质和碳在碳基材料表面反应并产生如Li₂CO₃、Li₂O或LiOH等化合物。这些化合物在碳基材料表面上形成一类固体电解质界面(SEI)层。这类SEI层起到离子通道的作用并且仅使锂离子通过。由于SEI层的这种离子通道效应，在液体电解质中与锂离子一同迁移的高分子量有机溶剂分子插入到负极活性材料的层间，从而防止负极结构被损毁。因此，据报道由于通过防止液体电解质与负极活性材料之间的接触而使液体电解质不会分解，因而维持了稳定的充电和放电，并且液体电解质中的锂离子的量可逆地得到保持。

另外，由于在锂二次电池中进行充电和放电同时无规律的锂形成和去除，形成了锂枝晶，从而导致连续的容量下降。为了解决这类问题，现已进行了诸如向锂金属层引入聚合物保护层或无机固体保护层、增加液体电解质的盐浓度或者使用适当添加剂的研究。然而，这些研究中锂枝晶抑制的效应并不显著。因此，改变锂金属负极本身的形式或者改变电池的结构可能会成为解决所述问题的有效替代方案。

[现有技术文献]

(专利文献1)韩国专利公开第2016-0052351号，“具有稳定保护层的锂金属电极和包含其的锂二次电池”

发明内容

技术问题

本发明的一个方面通过抑制锂枝晶生长和控制锂金属反应性而提供了极为有用的锂二次电池用负极。

本发明的另一方面提供了一种锂二次电池，其随着反复的充放电循环而仍具有优异安全性和使用寿命，同时通过使用锂金属作为负极而具有高能量效率。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种锂二次电池用负极，其包含：锂金属层；形成于所述锂金属层的至少一个表面上的聚合物保护层；和形成于所述聚合物保护层上的碳基保护层。