制造锂二次电池用负极的方法技术

本发明专利技术涉及制造用于锂二次电池的包含图案化锂金属的负极的方法。根据本发明专利技术制造的锂二次电池用负极可以通过使锂电极中的电子分布均匀化且由此防止锂二次电池工作时的锂枝晶的生长而改善锂二次电池的安全性。另外，通过诱导锂枝晶形成在由锂金属的图案化形成的空隙中，可以防止电池的体积膨胀。

A Method of Making Negative Electrodes for Lithium Secondary Batteries

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造锂二次电池用负极的方法
本申请要求于2017年5月18日提交的韩国专利申请10-2017-0061657和2018年4月25日提交的韩国专利申请10-2018-0047880的权益，所述专利申请的所有内容以引用的方式并入本文中。本专利技术涉及制造包含图案化的锂金属的锂二次电池用负极的方法。
技术介绍
近来，人们对能量存储技术越来越感兴趣。随着能量存储技术的应用领域扩展到移动电话、便携式摄像机、笔记本电脑甚至电动车辆的能量，正在越来越具体地致力于对电化学装置的研究和开发。电化学装置是在这一方面最值得关注的领域，在电化学装置中，能够充电/放电的二次电池的开发是关注的焦点。近来，在开发这些电池时，为了改善能量密度和能量效率，已经进行了对于新的电极和电池的设计的研究和开发。在目前应用的二次电池中，20世纪90年代初期开发的锂二次电池受到更多关注，其优点在于，与使用水溶液形式的电解液的诸如Ni-MH电池、Ni-Cd电池和硫酸-铅电池的传统电池相比，锂二次电池具有高得多的工作电压和能量密度。通常，通过将包含正极、负极和置于所述正极与负极之间的隔膜的电极组件以层压或卷绕结构嵌入电池壳中并向所述电池中注入非水电解液而构造锂二次电池。作为负极的锂电极是通过将锂箔附着在平面状集电器上而形成的。在这种情况下，随着充电/放电的重复，锂的形成和去除是不规则的，由此形成锂枝晶，其导致持续的容量下降。为了解决这个问题，已经对将聚合物保护层或无机固体保护层引入到锂金属层中、提高电解液中的盐浓度或应用适当的添加剂进行了研究。然而在这些研究中，对于锂枝晶的抑制效果不足。因此，通过改变锂金属负极本身的形态或改变电池结构来解决所述问题可能是有效的选项。现有技术文献(专利文献1)韩国专利公开2017-0014216，“图案化锂电极及其制造方法以及使用所述锂电极的锂二次电池”。
技术实现思路
技术问题如上所述，因为作为锂二次电池的负极的锂金属在充电/放电过程中可逆性降低，因此需要使锂金属分散以使得电流密度不集中在一个位置处。由此，本专利技术的专利技术人证实了，如果使锂金属图案化并沉积，则可以改善可逆性，并由此完成了本专利技术。因此，本专利技术的目的是提供制造锂二次电池用负极的方法，其中通过经由对电极的形状和结构的改变而改善锂金属的可逆性且另外解决由于锂枝晶导致的电池体积膨胀的问题而使所述锂二次电池具有改善的电池性能。技术方案为了实现以上所述的目的，本专利技术提供制造锂二次电池用负极的方法，其包含以下步骤：i)在集电器的一个或两个面上形成锂基材层；ii)使用阴影掩模在所述锂基材层上形成锂图案层；和iii)除去所述阴影掩模。有益效果根据本专利技术的锂二次电池用负极可以通过使锂电极中的电子分布均匀化并由此防止锂二次电池工作时的锂枝晶的生长而改善锂二次电池的安全性。另外，可以通过诱导锂枝晶形成在由锂金属的图案化形成的空隙中而防止电池的体积膨胀。附图说明图1是说明根据本专利技术的制造锂二次电池用负极的方法的示意图。图2是适用于本专利技术的锂二次电池的负极的图案的一个例子。图3是适用于本专利技术的锂二次电池的负极的图案的一个例子。图4是适用于本专利技术的锂二次电池的负极的图案的一个例子。图5是适用于本专利技术的锂二次电池的负极的图案的一个例子。图6是适用于本专利技术的锂二次电池的负极的图案的一个例子。图7是适用于本专利技术的锂二次电池的负极的图案的一个例子。具体实施方式以下，参考附图详细地描述本专利技术，以使本领域技术人员可以容易地实施本专利技术。然而，本专利技术可以以多种不同的形式实现，且本专利技术不限于本说明书。在附图中，为了清楚地说明本专利技术，省略了与描述无关的部分，且在整个说明书中，类似的附图标记用于类似的部分。同时，图中所示的部件的尺寸和相对尺寸不受实际比例尺的影响，且可能是为描述清楚而进行了缩小或放大。图1是说明根据本专利技术的制造锂二次电池用负极的方法的示意图。参见图1，本专利技术提供制造锂二次电池用负极的方法，其包含以下步骤：i)在集电器10的一个或两个面上形成锂基材层21；ii)使用阴影掩模30在锂基材层21上形成锂图案层22；和iii)除去阴影掩模30。根据本专利技术，可以使用具有多个开口部31的阴影掩模30来形成具有预定图案的锂电极20，且可以根据开口部31的形状和尺寸确定所述图案的形状和尺寸。与通过压制形成雕刻的方法相比较，使锂电极20图案化的方法、更具体地通过使用阴影掩模在锂基材层21上沉积锂来形成锂图案层22的方法可以自由地形成各种形状和尺寸的图案。如果由此将锂电极20图案化，则锂离子的扩散路径得到改善，使得电子在锂电极20中可以均匀分布。另外，通过使锂金属表面上发生的局部反应均匀化来降低表面不均匀度，还具有抑制锂枝晶生长和改善锂电极20的效率的效果。也就是说，所述电极中的电流分布变得均匀，且同时可以降低电流密度并由此可以抑制锂枝晶的生长。以下，针对各步骤详细描述根据本专利技术的制造锂二次电池用负极的方法。在步骤i)中，可以在集电器的一个或者两个面上形成锂基材层。首先，准备集电器10。对于集电器10没有特别限制，只要它具有高导电性且不在电池中引起化学变化即可。例如，集电器10可以选自由铜、铝、不锈钢、锌、钛、银、钯、镍、铁、铬、它们的合金及它们的组合构成的组。不锈钢可以用碳、镍、钛或银进行表面处理，所述合金可以为铝-镉合金，另外，可以使用焙烧碳、或用导电材料表面处理过的非导电聚合物，或者可以使用导电聚合物。通常，可以使用铜薄板作为负极集电器。集电器10通常具有3μm到500μm的厚度。如果集电器10的厚度小于3μm，则集电效果降低。另一方面，如果所述厚度超过500μm，则在将电池折叠且然后组装时，存在可加工性降低的问题。然后，在集电器10的整个表面上形成锂基材层21。所述锂基材层21包含锂且具体可以为包含选自由S、P、O、Cl、Se、F、Br、I及它们的组合构成的组中的金属的含锂金属化合物。另外，其还可以包含选自由Ni、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、Si、Al、Fe、V、Mn、Ti、Mo、Cr、Nb、Pt、及它们的组合构成的组中的元素。基于负极活性材料的总重量，优选在所述含锂金属化合物中除锂之外的其余元素的量的总和为约5重量％到约20重量％。对于组合方法没有限制，例如可以以适当的比例应用合金或可以以金属粉末形式在集电器10上形成薄膜。加入这样的含锂金属化合物来补偿锂金属的不可逆容量，且其可以以对应于后述的正极活性材料的理论容量的量加入，或者可以超过所述量加入，其中这些过量的含锂金属化合物可以防止锂枝晶析出在锂电极的表面上。优选锂基材层21形成在集电器10的整个表面上。另外，形成锂基材层的方法可以优选通过薄膜沉积方法进行。例如，所述薄膜沉积方法可以是选自由化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、溅射、电子束蒸镀、热蒸镀、激光分子束外延(L-MBE)、脉冲激光沉积(PLD)和原子层沉积构成的组中的方法。所述锂基材层的厚度为5μm到100μm，优选为10μm到60μm，更优选为20μm到40μm。如果厚度小于5μm，则锂金属的量太小而不足以补偿长期循环可逆性。如果厚度超过100μm，则能量密度变得太低。接下来，在步骤ii)中，可以使用阴影掩模30在锂基材层21上形成锂图案层22。根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造锂二次电池用负极的方法，其包含以下步骤：i)在集电器的一个或两个面上形成锂基材层；ii)使用阴影掩模在所述锂基材层上形成锂图案层；和iii)除去所述阴影掩模。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.05.18 KR 10-2017-0061657;2018.04.25 KR 10-2011.一种制造锂二次电池用负极的方法，其包含以下步骤：i)在集电器的一个或两个面上形成锂基材层；ii)使用阴影掩模在所述锂基材层上形成锂图案层；和iii)除去所述阴影掩模。2.根据权利要求1所述的制造锂二次电池用负极的方法，其中所述集电器是选自由铜、铝、不锈钢、锌、钛、银、钯、镍、铁、铬、它们的合金及它们的组合构成的组中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制造锂二次电池用负极的方法，其中在所述集电器的整个表面上形成所述锂基材层。4.根据权利要求1所述的制造锂二次电池用负极的方法，其中所述锂基材层具有5μm到100μm的厚度。5.根据权利要求1所述的制造...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡午秉，姜允雅，宋俊赫，金银卿，禹相昱，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR