[发明专利]自立膜型锂二次电池用正极材料、其制备方法以及包含其的锂二次电池

说明书

本公开内容的一个方面涉及一种自立膜型锂二次电池用正极材料、其制备方法以及包含其的锂二次电池。更具体地，所述正极材料通过干法使用在加压条件下硫表现出强自凝聚性且多孔碳材料表现出柔性的性质以含有含碳的硫熔体的自立膜形式制造。所述正极材料自身可以以高负载量作为正极应用，并且由于其通过简化的工序制备，因此可以在成本和时间方面改善工序效率。

技术领域

本申请要求2020年5月27日提交的韩国专利申请号2020-0063882和2021年5月18日提交的韩国专利申请号2021-0064083的优先权权益，其整体内容通过引用并入本文。

本公开内容的一个方面涉及一种自立膜型锂二次电池用正极材料、其制备方法以及包含其的锂二次电池。

背景技术

近来，随着电子装置和电动车辆领域的快速发展，对二次电池的需求正在增加。特别地，随着便携式电子装置的小型化和重量减轻的趋势，对具有能够应对这些的高能量密度的二次电池的需求日益增长。

在二次电池之中，锂-硫二次电池是使用具有硫-硫键的硫系化合物作为正极活性材料，并使用碱金属如锂、其中发生金属离子如锂离子的嵌入和脱嵌的碳系材料或与锂形成合金的硅或锡作为负极活性材料的二次电池。具体地，在锂-硫二次电池的情况下，在作为还原反应的放电期间，随着硫-硫键被切断，硫的氧化值降低，并且在作为氧化反应的充电期间，随着硫的氧化值增加，重新形成硫-硫键。通过该氧化-还原反应，储存和产生电能。

特别地，在锂-硫二次电池中用作正极活性材料的硫具有1.675mAh/g的理论能量密度，因此具有为常规锂二次电池中使用的正极活性材料的约四倍的理论能量密度，从而使得电池能够表现出高功率和高能量密度。另外，由于硫具有廉价且资源丰富的优点，因此容易获得并且对环境友好，硫作为不仅用于便携式电子装置而且用于中大型装置如电动车辆的能源而受到关注。

在锂-硫电池中，由于用作正极活性材料的硫的电导率为5×10^-30S/cm，因此是没有导电性的非导体，存在由电化学反应产生的电子移动困难的问题。因此，其作为与导电材料如碳组合而得的硫-碳复合物使用，所述导电材料可以提供电化学反应位点。

为了将硫-碳复合物用作正极材料，通常使用与导电材料和粘合剂一起制备浆料、然后通过将浆料涂覆至集电器的浆料工序制造正极的方法。

然而，通过浆料工序制造的正极的问题在于，由于在浆料制备中使用的导电材料和粘合剂，正极的负载量降低，使得能量密度也降低。另外，浆料工序的问题在于，包括混合、涂布、干燥和压延的一系列详细工序需要的时间和成本增加。

因此，需要开发一种能够通过简单工序制造具有高负载量的锂二次电池用正极的技术。

[现有技术文献]

[专利文献]

(专利文献1)韩国专利公开号2019-0100152

(专利文献2)中国专利公开号109873120

(专利文献3)美国专利公开号2018-0212252

发明内容

【技术问题】

在本公开内容的一个方面，发明人进行了各种研究以解决上述问题，结果，确认了，能够通过干法制备由含碳的硫熔体制成的自立膜型正极材料，在所述干法中，通过使用在加压条件下使在硫-碳复合物的表面上形成的硫熔融并与周围的硫聚集的性质以及碳材料的柔性，使硫-碳复合物经受加压条件；并且确认了所述自立膜型正极材料自身可以用作锂二次电池的正极。

因此，本公开内容的一个方面的目的是提供一种含有含碳的硫熔体的自立膜型锂二次电池用正极材料及其制备方法。

本公开内容的另一方面的另一目的是提供一种锂二次电池，包含自立膜型锂二次电池用正极材料。