具有在正极上形成的锂金属的锂二次电池及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种锂二次电池，特别是涉及一种具有在正极侧形成的作为负极活性材料的锂的锂二次电池。在根据本发明专利技术的锂二次电池中，在与大气隔绝的同时通过在负极集电器上形成锂薄膜的过程进行涂布，因此可以抑制由大气中的氧和水分引起的锂金属表面氧化物层的形成，结果导致提高循环寿命性能的效果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有在正极上形成的锂金属的锂二次电池及其制造方法
本申请要求于2016年7月14日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2016-0089154号的优先权和权益，所述专利申请的全部内容通过引用并入本文。本专利技术涉及一种锂二次电池，特别是涉及一种具有形成在正极侧的锂金属的锂二次电池，及其制造方法。
技术介绍
最近已经开发了各种需要电池的从移动电话、无线电子设备到电动车辆的设备，并且随着这些设备的发展，对二次电池的需求也有所增加。特别是，随着电子产品变轻的趋势，二次电池也趋于更轻和更小。根据这种趋势，使用锂金属作为活性材料的锂二次电池受到关注。锂金属具有低氧化还原电位(相对于标准氢电极为-3.045V)和高重量能量密度(3,860mAhg-1)，并且有望作为高容量电池的负极材料。然而，当使用锂金属作为电池负极时，通常将锂箔附着在平坦的集电器上以制造电池，并且锂的缺点在于难以在一般环境中制备和使用，这是因为锂作为碱金属具有高反应性，从而与水发生爆炸性反应，并且还与大气中的氧反应。特别是，当锂金属暴露在大气中时，由于氧化而获得诸如LiOH、Li2O和Li2CO3的氧化物层。当表面上存在表面氧化物层(原生层)时，所述氧化物层用作降低导电率的绝缘层，并且抑制锂离子的顺利迁移，增加电阻。出于这些原因，当形成锂负极时进行真空沉积工艺，并且由锂金属反应性引起的形成表面氧化物层的问题得到部分改善，然而，锂金属在电池组装过程期间仍然暴露在大气中，并且从根本上抑制表面氧化物层的形成是不可能的。鉴于上述情况，需要开发能够在使用锂金属提高能量效率的同时解决锂的反应性问题并且更加简化工艺的锂金属电极。[现有技术文献]韩国专利申请公开10-2016-0052323号，“LithiumElectrodeandLithiumBatteryIncludingtheSame(锂电极和包含其的锂电池)”
技术实现思路
技术问题如上所述，锂二次电池由于锂金属反应性而在制造过程中受到限制，并且当组装电池时，由于不可避免地与大气中的氧和水分接触而具有电池寿命和性能下降的问题。作为广泛研究的结果，本专利技术的专利技术人已经发现了一种在组装电池时防止与存在的大气接触的方法，并且完成了本专利技术。因此，本专利技术的一个方面提供了一种锂二次电池，其通过在形成锂二次电池的锂薄膜的过程中阻挡与大气接触而具有增强的性能和寿命。技术方案鉴于上述情况，当组装锂二次电池时，本专利技术通过在正极混合物的一侧(而不是在负极集电器上)层压锂薄膜来制造电池，并且在之后操作电池的初始充电过程中，层压在正极混合物上的锂以锂离子形式迁移到负极集电器，从而，锂可以在与大气隔绝的同时形成在负极集电器上。根据本专利技术的第一方面，提供一种锂二次电池，其中作为锂金属的负极混合物与负极集电器隔开，并位于正极混合物与隔膜之间，并且形成在正极混合物的一个表面上。根据本专利技术的第二方面，提供一种锂二次电池，其中作为锂金属的负极混合物与负极集电器隔开，并位于正极混合物与隔膜之间，并且形成在正极混合物的一个表面上，并且在负极集电器与隔膜之间形成聚合物保护层。有益效果在根据本专利技术的锂二次电池中，在与大气隔绝的同时通过在负极集电器上形成锂薄膜的过程进行涂布，因此，可以抑制由大气中的氧和水分引起的锂金属表面氧化物层的形成，结果导致增强循环寿命性能的效果。附图说明图1是根据本专利技术第一实施方案制造的锂二次电池的模拟图。图2是显示当根据本专利技术第一实施方案制造的锂二次电池初始充电时锂离子(Li+)迁移的模拟图。图3是根据本专利技术第一实施方案制造的锂二次电池完成初始充电后的模拟图。图4是根据本专利技术第二实施方案制造的锂二次电池的模拟图。具体实施方式下文中，将参考附图详细描述本专利技术，以便本领域技术人员可以容易地实现本专利技术。然而，本专利技术可以各种不同的形式实现，并且不限于本说明书。在附图中，为了清楚地描述本专利技术，不包括与描述不相关的部分，并且在整个说明书中相同的附图标记用于相同的元件。另外，附图中所示的组成部分的尺寸和相对尺寸与实际尺度无关，并且为了清楚描述，可以缩小或放大。图1是根据本专利技术第一实施方案制造的锂二次电池的模拟图，并且公开了一种锂二次电池，其包含：正极(10)，所述正极(10)包含正极集电器(11)和正极混合物(12)；负极(20)，所述负极(20)包含负极集电器(21)和负极混合物(22)；设置在其间的隔膜(30)；和电解质(未示出)，其中作为锂金属的负极混合物(22)与负极集电器(21)隔开并位于正极混合物(12)与隔膜(30)之间，并且形成在正极混合物(12)的一个表面上。图2是显示当根据本专利技术第一实施方案制造的锂二次电池进行初始充电时锂离子(Li+)迁移的模拟图，图3是根据本专利技术第一实施方案制造的锂二次电池在完成初始充电后的模拟图。当参考图2和图3时，本专利技术通过如下来制造电池：在正极混合物(12)的一个表面(而不是负极集电器(21))上形成用作锂二次电池的负极活性材料的锂金属(22)，之后在操作电池时通过初始充电，锂离子迁移到负极侧，并且在负极集电器(21)上形成锂薄膜(22)。更具体地，当在正极混合物(12)的一个表面上形成作为负极活性材料的锂薄膜(22)时，锂薄膜(22)是在与大气隔绝的同时形成在负极集电器(21)上的，并且防止了锂表面氧化物层的形成，从而提高锂二次电池的寿命性能。锂金属优选以薄膜形式形成在正极混合物(12)上，并且形成方法不受特别限制，只要它是层压或沉积工艺即可，并且包括但不限于各种沉积方法，例如电子束沉积方法、有机金属化学气相沉积方法、反应溅射、高频溅射和磁控溅射。每个所说明的沉积方法都是已知方法，并且关于其的具体描述将不包括在本说明书中。形成在正极混合物(12)的一个表面上的锂薄膜(22)可以根据电极形状调节其宽度，以便容易地制造电池，具体地，厚度优选为1μm至100μm。当厚度小于1μm时，由于锂效率不足，难以满足循环性质，并且当厚度大于100μm时，由于锂厚度增加而出现能量密度降低的问题。锂二次电池通过在使用前施加电流将形成在正极混合物(12)上的锂金属以锂离子形式移动到负极集电器，并且形成具有涂布在负极集电器(21)上的锂薄膜(22)的负极。在此，初始充电优选在0.01C至0.5C的电流密度下通过1至2次充电和放电进行，原因是在负极上形成的锂金属的形状根据初始充电电流密度而变化。图4是根据本专利技术第二实施方案的锂二次电池的模拟图，并且本专利技术公开了一种锂二次电池，其包含：正极(10)，所述正极(10)包含正极集电器(11)和正极混合物(12)；负极(20)，所述负极(20)包含负极集电器(21)和负极混合物(22)；设置在其间的隔膜(30)；和电解质(未示出)，其中作为锂金属的负极混合物(22)与负极集电器(21)隔开，并位于正极混合物(12)与隔膜(30)之间，并且形成在正极混合物(12)的一个表面上，并且在负极集电器(21)与隔膜(30)之间形成聚合物保护层(40)。第二实施方案的锂薄膜(22)与上文第一实施方案中描述的锂薄膜(22)相同，并且不再重复对其的描述。在第二实施方案中另外引入的聚合物保护层(40)是锂离子传导性聚合物，例如可以由选自如下物质中的任何一种或者其中两种或更多种的混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂二次电池，其包含：正极，所述正极包含正极集电器和正极混合物；负极，所述负极包含负极集电器和负极混合物；设置在其间的隔膜；和电解质，其中所述负极混合物设置在所述隔膜与所述正极混合物之间以通过充电和放电形成锂薄膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.14 KR 10-2016-00891541.一种锂二次电池，其包含：正极，所述正极包含正极集电器和正极混合物；负极，所述负极包含负极集电器和负极混合物；设置在其间的隔膜；和电解质，其中所述负极混合物设置在所述隔膜与所述正极混合物之间以通过充电和放电形成锂薄膜。2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述负极混合物在0.01C至0.5C下通过1至2次充电和放电以所述锂薄膜形式形成在所述负极集电器上。3.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述负极混合物具有1μm至100μm的厚度。4.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述正极混合物包含正极活性材料、导体和粘合剂。5.根据权利要求4所述的锂二次电池，其中所述正极活性材料选自：LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、Li(NiaCobMnc)O2(0<a<1，0<b<1，0<c<1，a+b+c＝1)、LiNi1-yCoyO2、LiCo1-yMnyO2、LiNi1-yMnyO2(0≤y<1)、Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2，0<b<2，0&am...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙炳国，张民哲，崔净勋，朴恩囧，朴昶勋，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR