用于锂二次电池的包括保护层的电极和包括该电极的锂二次电池制造技术

本公开涉及一种用于锂二次电池的包括保护层的电极和包括该电极的锂二次电池。所述保护层包含导热材料。本公开的用于锂二次电池的电极，在充电和放电过程中保持电极表面上均匀的热分布，从而使得锂枝晶在电极表面上均匀地生长。因而，本公开的电极不会导致由于锂枝晶的不均匀生长而使电极和电解液之间的接触面积增大的问题或者保护层剥离的问题，使得在应用于电池时，能够改进稳定性和使用寿命特征。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂二次电池的包括保护层的电极和包括该电极的锂二次电池
相关申请的交叉引用本申请要求在韩国知识产权局2017年8月1日提交的韩国专利申请No.10-2017-0097465和2018年7月27日提交的韩国专利申请No.10-2018-0088205的权益，通过引用将这两个专利申请的公开内容全部结合在本文中。本公开涉及一种用于锂二次电池的包括保护层的电极以及包括该电极的锂二次电池。
技术介绍
随着电子行业、通信行业和计算机行业的快速发展，能量存储技术的应用领域扩展到摄像放像机、蜂窝电话、笔记本电脑、个人计算机(PC)和电动车辆。因而，已经对重量轻且持续时间长并且具有高可靠性和高性能的小型二次电池进行了研究。在当前可用的二次电池当中，上世纪九十年代早期开发的锂二次电池因为它们的高操作电压和能量密度而吸引了人们的注意。使用锂金属、碳基材料、硅等作为锂二次电池的负极活性材料，并且锂金属具有获得最高能量密度的优点，因此正不断地对锂金属进行研究。然而，锂金属与空气中的湿气反应而形成诸如LiOH、Li2O和Li2CO3之类的副产品。另外，当锂金属暴露于电解液时，生成电阻材料，这种电阻材料显著地降低所生产的电池的性能，并且会导致内部短路。另外，当使用锂金属电极时，在电池的充电和放电过程中会在锂金属表面上形成枝晶，为了改善电池的性能和稳定性，应该解决这种问题。因而，已经提出了改进锂金属电极稳定性的各种方法。作为这些方法中的一种方法，已经提出了在与电极接触的位置处形成保护层的方法。例如，在韩国专利注册号No.10-0425585中，提到了当使用由CH2＝CH-CO2-(CH2)8-CO2-CH＝CH2表示的二芳基(diacryl-based)单体在锂电极表面上形成交联聚合物保护薄膜来改善锂金属电极和聚合物电解液之间的界面特征时，能够延长电池的寿命。然而，即使采用如上所述的保护层，该保护层也可能由于电池的驱动而从电极表面剥离，并且无法充分地确保对锂枝晶生长的防止作用。这是因为在电池的充电和放电过程中，锂金属在电极表面上的沉淀和溶解并不均匀地发生，并且锂枝晶不均匀地生长而使电极末端发生体积变化。另外，当锂枝晶以这种方式不均匀地生长时，出现了由于电极表面积增大而引起与电解液的副反应增多的问题。因此，有必要开发一种新的电极保护层，该电极保护层能够使锂枝晶均匀生长，以便确保包含锂金属的电极的稳定性和使用寿命特征。[现有技术文献]专利文献1：韩国专利注册号No.10-0425585，名称为“Lithiumpolymersecondarybatteryhavingcrosslinkedpolymerprotectivethinfilmandmethodformanufacturingthesame(具有交联聚合物保护薄膜的锂聚合物二次电池及其制造方法)”。
技术实现思路
技术问题本专利技术人对一种新的电极保护层进行了研究，这种电极保护层能够使锂枝晶在电极的表面上均匀地生长，以便改进包含作为电极活性材料的锂金属的电极的稳定性和使用寿命特征，由此完成本专利技术。因此，本公开将提供一种用于锂二次电池的包括新保护层的电极。另外，本公开将提供一种包括所述电极的锂二次电池。技术方案为了实现上述目的，本公开提供了一种用于锂二次电池的电极，该电极包括：集流体；保护层；和可选的电极活性材料层，该电极活性材料层插设在所述集流体和所述保护层之间并且包含锂金属，其中，所述保护层包含导热率为25W/m·K至500W/m·K的导热材料；并且所述导热材料的包含量为所述保护层的总重量的50wt％或更多。优选地，所述导热材料可以具有100W/m·K至500W/m·K的导热率。所述导热材料可以是导热陶瓷，并且所述导热陶瓷可以是选自由氮化硼、氧化镁、氧化铝、氧化铍、氮化铝、硬脂酸盐和镁橄榄石构成的组中的至少一种。所述导热陶瓷可以具有0.1μm至10μm的颗粒尺寸。所述保护层可以包含70wt％或更多的所述导热材料。所述保护层可以包括选自由聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚甲基丙烯酰胺、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯腈和聚酰亚胺(PI)构成的组中的至少一种粘结剂树脂。所述保护层可以具有1μm至10μm的厚度。所述集流体可以具有5μm至30μm的厚度。所述电极活性材料层可以具有0μm至40μm的厚度。所述电极活性材料层可以使用锂金属片或锂金属箔。另外，本公开提供了一种包括所述电极的锂二次电池。有益效果本公开的用于锂二次电池的电极在充电和放电过程中保持电极表面上的均匀热分布，使得锂枝晶在所述表面上均匀地生长。因而，本公开的电极不会导致由于锂枝晶的不均匀生长而增大电极和电解液之间的接触面积的问题或者保护层剥离的问题，由此改进了应用于电池时的稳定性和使用寿命特征。具体实施方式下面，将详细描述本专利技术以使本领域技术人员容易地执行本专利技术。然而，本专利技术可以以不同形式实现，并且不应该限于这里描述的实施方式。用于锂二次电池的电极本公开提供了一种用于锂二次电池的电极，该电极包括：集流体；保护层；和可选的电极活性材料层，该电极活性材料层插设在所述集流体和所述保护层之间并且包含锂金属，其中，所述保护层包含导热率为25W/m·K至500W/m·K的导热材料；并且所述导热材料的包含量为所述保护层的总重量的50wt％或更多。根据本公开的用于锂二次电池的电极包括位于电极活性材料层上的具有优异导热率的保护层，从而在电池操作过程中由于锂金属的连续溶解和沉淀而在电极中产生的热能够被均匀地传递至电极的整个表面。当在电池操作过程中使电极表面上的热均匀分布时，锂枝晶也在电极表面上均匀地生长。结果，显著减少电极的体积变化，从而使得保护层不会剥离。另外，能够极大地改善由于锂枝晶的不规则生长而引起电极表面积增大以及与电解液发生的副反应增多的问题。因此，与包含锂金属的传统电极相比，本公开的电极具有改进的稳定性和优异的使用寿命特征。在本公开中，并不特别地限制集流体，只要该集流体具有导电性并且不会在电池中导致化学变化即可。例如，该集流体可以是铜、不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳、铝镉合金、利用碳、镍、钛或银进行表面处理的铜或不锈钢等等。另外，可以使用各种形式，诸如在其表面上具有/不具有细微不均匀性的膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体和非纺织物体。集流体的厚度不受特别限制，但是优选为5μm到30μm，并且更优选为10μm到20μm。如果集流体的厚度超过30μm，则电极的每单位体积的容量降低。如果集流体的厚度小于5μm，则在电极的生产过程中可能发生折叠。在本公开中可选地包括电极活性材料层。也就是说，本公开的电极可以只包括集流体和保护层，而不包括电极活性材料层；或者可以包括集流体、电极活性材料层和保护层。此时，电极活性材料层可以插设在集流体和保护层之间，并且可以具有集流体、电极活性材料层和保护层顺序层叠的结构。在电极没有电极活性材料层的情况下，在电池的使用过程中可以形成电极活性材料层，这是因为在组装电池之后在充电和放电过程中在集流体和保护层之间电镀了锂金属。电极活性材料层可以包括作为活性材料的锂金属，并且可以进一步包括选自由锂合金、锂金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂二次电池的电极，该电极包括：集流体；保护层；和可选的电极活性材料层，该电极活性材料层插设在所述集流体和所述保护层之间并且包含锂金属，其中，所述保护层包含导热率为25W/m·K至500W/m·K的导热材料，并且所述导热材料的包含量为所述保护层的总重量的50wt％或更多。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.08.01 KR 10-2017-0097465;2018.07.27 KR 10-2011.一种用于锂二次电池的电极，该电极包括：集流体；保护层；和可选的电极活性材料层，该电极活性材料层插设在所述集流体和所述保护层之间并且包含锂金属，其中，所述保护层包含导热率为25W/m·K至500W/m·K的导热材料，并且所述导热材料的包含量为所述保护层的总重量的50wt％或更多。2.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的电极，其中，所述导热材料具有100W/m·K至500W/m·K的导热率。3.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的电极，其中，所述导热材料为导热陶瓷。4.根据权利要求3所述的用于锂二次电池的电极，其中，所述导热陶瓷是选自由氮化硼、氧化镁、氧化铝、氧化铍、氮化铝、硬脂酸盐和镁橄榄石构成的组中的至少一种。5.根据权利要求3所述的用于锂二次电池的电极，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹泫雄，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR