[发明专利]锂电极以及包含该锂电极的锂二次电池

说明书

本发明涉及锂电极以及包含其的锂二次电池，具体而言，所述锂电极包括依次形成在锂金属的至少一个表面上的第一保护层和第二保护层。所述第二保护层在导电基质的内部和表面上含有交联的离子导电性电解质，因此所述第一保护层具有比所述第二保护层更高的离子电导率，从而防止电子集中到由所述锂金属形成的锂枝晶中，从而抑制了锂枝晶的生长，并且同时凭借所述第二保护层物理上抑制了锂枝晶的生长。

技术领域

本申请要求基于2018年10月31日提交的韩国专利申请号10-2018-0131652和2019年10月31日提交的韩国专利申请号10-2019-0137931的优先权的权益，通过援引将其全部内容并入本文。

本发明涉及具有能够防止锂枝晶生长的保护层的锂电极以及包含该锂电极的锂二次电池。

背景技术

直到最近，开发使用锂作为负极的高能量密度电池已经引起了相当大的兴趣。例如，与由于存在非电活性材料而增加负极的重量和体积从而降低电池的能量密度的锂插入型碳负极以及镍或镉电极的其他电化学系统相比，由于锂金属具有低重量和高容量特性，因此锂金属作为电化学电池的负极活性材料而备受关注。锂金属负极或主要包含锂金属的负极为构造比诸如锂离子、镍金属氢化物或镍镉电池等电池更轻且具有更高的能量密度的电池提供了机会。对于为低重量值高溢价的便携式电子装置(例如，移动电话和膝上型计算机)用电池而言，这些特征是非常理想的。

常规的锂离子电池通过使用石墨作为负极并使用锂钴氧化物(LCO)作为正极而具有约700Wh/l的能量密度。然而，近年来，需要高能量密度的领域正在扩大，因此对增加锂离子电池的能量密度存在持续需求。例如，即使为了将电动汽车的一次充电行驶里程增加至500km以上，也需要增加能量密度。

为了增加锂离子电池的能量密度，锂电极的使用正在增加。然而，存在锂金属因其高反应性且难以处理而在工艺上难以处理的问题。

如果将锂金属用作锂二次电池的负极，则锂金属与诸如电解质和水或有机溶剂等杂质和锂盐等反应，从而形成钝化层(固体电解质界面：SEI)。这种钝化层引起局部的电流密度差异，从而在充电期间促进锂金属形成枝晶，并且在充电/放电期间枝晶逐渐生长，从而导致正极和负极之间的内部短路。而且，枝晶具有机械上薄弱的部分(瓶颈)，因此在放电期间形成与集电体失去电接触的惰性锂(死锂)，从而降低电池的容量，缩短循环寿命，并且不利地影响电池的稳定性。

为了改善上述锂金属负极的问题，已经开发了形成有具有各种组成或形式的保护层的锂金属负极。

韩国专利申请公报No.2018-0032168涉及一种包括多重保护层的负极，其可以通过形成多重保护层来解决由锂枝晶引起的电芯体积膨胀的问题，所述多重保护层包括用于保护锂金属层并保持与锂金属层的界面的保护层、用于物理上抑制枝晶生长的保护层以及用于支撑保护层结构的保护层。

如上所述，到目前为止，为了在使用锂金属负极的电池中防止锂金属的枝晶生长，已经对保护层的开发进行了研究。然而，在锂金属负极中，由锂枝晶生长而引起的电池性能劣化的问题仍被认为是需要解决的问题，因此迫切需要开发一种具有能够以更多种形式保护锂金属的保护层的锂金属负极。

[现有技术文献]

(专利文献1)韩国专利申请公报No.2018-0032168。

(专利文献2)韩国专利申请公报No.2018-0036564。

发明内容

技术问题

作为解决上述问题而进行各种研究的结果，本发明的发明人在锂电极上形成了保护层，而在锂电极上形成了从锂金属表面依次包括具有优异的离子电导率的第一保护层和具有优异的电导率和物理强度的第二保护层的多重保护层。这种多重保护层可以在锂电极中抑制锂枝晶的生长，并且即使出现缺陷也可以使锂枝晶的生长最小化。