[发明专利]锂硫电池用正极和包含所述正极的锂硫电池

说明书

本发明涉及一种锂硫电池用正极和包含所述正极的锂硫电池，并且更具体地，涉及一种锂硫电池用正极，其包含活性材料、导电材料、粘结剂和添加剂，其中所述添加剂包含含有二羧基的有机酸锂盐。通过包含含有二羧基的有机酸锂盐作为添加剂，所述锂硫电池用正极能够通过提高锂离子迁移性能来提高锂硫电池的容量和寿命特性。

技术领域

本申请要求于2017年7月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2017-0096485的权益，该韩国专利申请的公开内容以引用的方式整体并入本文中。

本发明涉及锂硫电池用正极和包含所述正极的锂硫电池。

背景技术

近年来，随着电子装置和通信装置迅速变得更小、更轻和更复杂并且在环境问题方面电动车辆的必要性已经高度凸显，对改善可以用作这些产品的电源的二次电池的性能存在许多需求。作为满足这样的需求的二次电池，已经对使用硫类材料作为正极活性材料的锂硫电池进行了大量研究。

锂硫电池是使用包含硫-硫键的硫类化合物作为正极活性材料并且使用锂金属、能够嵌入/脱嵌诸如锂离子的金属离子的碳类材料或与锂形成合金的硅、锡等作为负极活性材料的二次电池。

具体地，在负极中发生锂的氧化反应，并且在锂硫电池的正极中发生硫的还原反应。硫在放电之前具有环状S₈结构，并且使用氧化还原反应来储存和产生电能，其中在还原反应(放电)期间随着硫-硫键断裂，硫的氧化数减少，并且在氧化反应(充电)期间随着硫-硫键再次形成，硫的氧化数增加。

特别是，锂硫电池具有1675mAh/g的理论放电容量和2600Wh/kg的理论能量密度，该理论能量密度高达目前研究的锂离子电池(约570Wh/kg)的约5倍，因此是能够获得高容量、高能量密度和长寿命的电池。此外，作为正极活性材料的主要材料的硫具有以下优势：具有低的原子量，由于资源丰富而容易供应，价格低廉，没有毒性，并且环保。因此，锂硫电池作为诸如电动车辆的中到大型装置以及便携式电子装置的能源已经受到关注。

在锂硫电池中用作正极活性材料的硫具有5×10^-30S/cm的电导率，并且是没有导电性的非导体，因此存在通过电化学反应产生的电子难以迁移的问题。因此，在使用时，硫已经与能够提供电化学反应部位的导电材料如碳复合。

另一方面，为了使硫在锂硫电池中显示出足够的性能，需要锂离子传导性以及导电性。然而，已经在常规锂硫电池中用作正极活性材料的硫碳复合材料仍然具有低的锂离子传导性，因此已经提出了各种技术。

作为一个实例，韩国专利申请公布第2016-0046775号公开了通过在包含硫碳复合材料的正极活性部位的一部分表面上设置由两亲性聚合物形成的正极涂层，可以通过促进锂离子迁移以及抑制多硫化物溶出来提高电池的循环特性。

此外，韩国专利申请公布第2002-0066783号公开了可以通过在锂电池用硫正极中包含聚环氧乙烷(PEO)和无机锂盐来增加离子传导性。

这些专利通过添加剂或涂层在一定程度上改善了锂离子传导性，然而，效果不足。因此，更加需要开发具有优异的锂离子传导性的锂硫电池用正极。

[现有技术文献]

[专利文献]

韩国专利申请公布第2016-0046775号(2016年4月29日)，锂硫电池用正极和其制造方法

韩国专利申请特许公开公布第2002-0066783号(2002年8月21日)，锂电池用硫正极和其制造方法

发明内容

【技术问题】

作为鉴于上述情况进行广泛研究的结果，本发明的发明人已经确认了，当在锂硫电池用正极中包含含有二羧基的有机酸锂盐作为添加剂时，通过改善锂离子传导性，提高了电池的性能、稳定性和寿命，并且已经完成了本发明。