[发明专利]高耐用性的锂二次电池及其制造方法

说明书

提供了一种高耐用性的锂二次电池及其制造方法。锂二次电池包括增强层，该增强层定位在负极集电器和正极集电器中的至少一个的外侧，并且包括含有聚合物的基质和分散在基质中的导热填料。

技术领域

本公开涉及具有高耐用性的锂二次电池及其制造方法。

背景技术

锂二次电池是当前商业化的二次电池中具有最高能量密度的二次电池，并且可用于各种领域，诸如电动车辆。

市售的用于锂二次电池的负极活性材料包括石墨。石墨具有结构，其中结合在一起的碳原子的单层堆叠在多层中。当锂二次电池被充电时，锂离子从正极移动到负极并进入石墨层之间，石墨膨胀。同时，石墨具有372mAh/g的理论容量，但是在其应用于需要高能量密度的电动车辆和大容量能量存储系统中受到限制。

因此，对于硅类材料作为可以取代石墨的负极活性物质的兴趣已经增加。硅基材料具有比石墨的能量密度大约10倍的能量密度并且还具有更高的充电/放电速率。然而，在充电期间，硅基材料的膨胀程度比石墨的膨胀程度高得多。当锂离子进入时，石墨膨胀约10％，但是硅基材料膨胀约400％。

同时，已经尝试使用锂金属作为负极材料以进一步增加锂二次电池的能量密度。锂金属由于其优点(包括3860mAh/g的高理论容量和非常低的氧化还原电位(-3.04Vvs.S.H.E)。

然而，在包括锂金属作为负极材料的锂二次电池中，锂离子在充电期间沉积在锂金属上，并且在该过程中，由于锂的不均匀沉积而发生局部体积膨胀。

锂二次电池的另一发展方向包括采用固体电解质代替液体电解质的全固态电池。全固态电池是三层层压体，包括：结合至正极集电器的正极层；接合到负极集电器的负极层；以及插入在正极层和负极层之间的固体电解质层。

全固态电池的负极层通过混合负电极活性材料和用于确保离子导电性的固体电解质形成。因为固体电解质具有比液体电解质更大的比重，所以上述常规的全固态电池具有比锂离子电池更低的能量密度。

因此，为了增加全固态电池的能量密度，已经进行了关于锂金属作为负极材料的应用的研究。然而，不能解决诸如上述的锂的不均匀沉积、界面结合、枝状晶体的增长、高价格、以及难以增加大面积全固态电池的问题。

近年来，对不含负极且锂直接沉积在负极集电器上的储存型、无阳极型全固态电池进行了研究。然而，上述无阳极型全固态电池还具有以下问题：由于锂的不均匀沉积引起的局部体积膨胀、增加的不可逆反应等，电池的寿命和耐用性非常差。

发明内容

在优选的方面，提供了一种能够防止集电器由于电极的体积膨胀而发生断裂的锂二次电池。

本公开的目的不限于上述目的。本公开的目的将从以下描述变得更加明显，并且将通过在权利要求及其组合中描述的方式来实现。

一方面，提供了一种锂二次电池，可包括：负极集电器；负极层，设置在负极集电器上；中间层，设置在负极层上并且包括固体电解质或隔膜；正极层，设置在中间层上；正极集电器，设置在正极层上；和增强层，设置在负极集电器和正极集电器中的至少一个的外侧上，并且包括含有聚合物的基质和分散在基质中的导热填料。

负极层可以包括负极活性材料或锂金属。

负极层可以包括非晶碳和选自由金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)、硅(Si)、银(Ag)、铝(Al)、铋(Bi)、锡(Sn)和锌(Zn)组成的组中的一种或多种金属。金属可与锂形成合金或与锂形成合金。

该聚合物可以包括一种共聚物，该共聚物包括选自下组的一种或多种，该组由以下各项组成：酰胺、氯丁二烯、丁二烯、异戊二烯、环氧树脂、氯乙烯、联苯基氯、对苯二甲酸、乳酸、乙烯醇、苯乙烯、乙烯、丙烯、酯、丙烯腈、丙烯酸、海藻酸、偏二氟乙烯、纤维素、以及双酚A。