锂-硫电池和包含其的电池模块制造技术

本发明专利技术涉及一种锂‑硫电池和包含其的电池模块，所述锂‑硫电池包含负极、正极和设置在所述负极与所述正极之间的电解质。

Lithium sulfur batteries and battery modules containing them

The invention relates to a lithium-sulfur battery and a battery module thereof. The lithium-sulfur battery comprises a negative pole, a positive pole and an electrolyte arranged between the negative pole and the positive pole.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂-硫电池和包含其的电池模块
该申请要求于2014年9月26日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2014-0128999号的优先权和权益，其全部内容通过参考并入本文中。本说明书涉及一种锂-硫电池和包含其的电池模块，所述锂-硫电池包含负极(anode)、正极(cathode)和设置在所述负极与所述正极之间的电解质。
技术介绍
锂-硫电池是如下的二次电池，其使用具有硫-硫键的硫类化合物作为正极活性材料，并使用诸如锂的碱金属或能够嵌入和脱嵌金属离子如锂离子的碳类材料作为负极活性材料。使用氧化还原反应来储存并产生电能，所述氧化还原反应在放电、即还原反应期间随着硫-硫键断裂而降低硫的氧化数，并且在充电、即氧化反应期间随着硫的氧化数的升高而再次形成硫-硫键。锂-硫电池在能量密度方面是有希望的，因为当使用用作负极活性材料的锂金属时，能量密度为3830mAh/g，且当使用用作正极活性材料的硫(S8)时，能量密度为1675mAh/g。另外，用作正极活性材料的硫类材料具有低价且环境友好的优势。然而，硫接近于具有5×10-30S/cm的导电性的非导体，并且存在的问题在于，由电化学反应产生的电子难以转移。因此，需要使用能够提供平稳的电化学反应位点的诸如碳的电导体。本文中，当将导体和硫简单地混合时，硫在氧化-还原反应期间泄漏到电解质，然后泄漏的硫劣化电池寿命。当将导体和硫简单地混合并且不选择合适的液体电解质时，发生一种硫的还原材料多硫化锂的洗脱，导致不可能参与到电化学反应中的问题。因此，需要提高碳和硫的混合物的品质，使得硫向电解质的洗脱减少，并且包含硫的电极的导电性提高。
技术实现思路
技术问题本说明书涉及提供一种锂-硫电池和包含其的电池模块，所述锂-硫电池包含负极、正极和设置在所述负极与所述正极之间的电解质。技术方案本说明书的一个实施方式提供一种锂-硫电池，所述锂-硫电池包含：负极，所述负极包含负极集电器和设置在所述负极集电器上的锂金属层；正极，所述正极包含含硫材料；电解质，所述电解质设置在所述负极和所述正极之间；以及绝缘膜，所述绝缘膜设置为覆盖在所述负极集电器与所述锂金属层邻接形成的边界线。本说明书的另一个实施方式提供一种包含所述锂-硫电池作为单元电池的电池模块。有益效果根据本说明书一个实施方式的锂-硫电池能够减少负极处的锂金属腐蚀。附图说明图1是表示在锂-硫电池中具有硫洗脱的锂金属层的腐蚀行为的模拟图。图2是根据本说明书一个实施方式的锂-硫电池的模拟图。图3是根据本说明书一个实施方式的锂-硫电池的负极的模拟图。图4～图11是在具有图3结构的锂电极中设置的绝缘膜的模拟图。图12是试验例1中制造的锂-硫电池的结构图。图13是在驱动试验例1的锂-硫电池之后锂-硫电池的照片。图14是试验例3中制造的锂-硫电池的结构图。图15是在驱动试验例3的锂-硫电池之后锂-硫电池的照片。图16是实施例1的锂-硫电池的结构图。图17是在其中形成了聚合物保护层的负极的结构图。图18是根据本说明书另一个实施方式的锂-硫电池的负极的模拟图。图19～22是在具有图18结构的锂电极中设置的绝缘膜的模拟图。图23表示试验例1的结果。图24表示试验例2的结果。<附图标记>10：负极集电器与锂金属层邻接形成的边界线20：在负极集电器的设置有锂金属层的表面中不与锂金属层邻接的表面30：锂金属层的侧面40：锂金属层的边缘100：绝缘膜具体实施方式下文中，将对本说明书进行详细描述。本说明书提供一种锂-硫电池，所述锂-硫电池包含：负极，所述负极包含负极集电器和设置在所述负极集电器上的锂金属层；正极，所述正极包含含硫材料；电解质，所述电解质设置在所述负极和所述正极之间；以及绝缘膜，所述绝缘膜设置为覆盖在所述负极集电器与所述锂金属层邻接形成的边界线。在本说明书中，“覆盖”是指以直接接触的方式设置，且例如“设置为覆盖负极集电器与锂金属层邻接形成的边界线的绝缘膜”是指以与负极集电器与锂金属层邻接形成的边界线直接接触的方式设置的绝缘膜，且还是指以使得负极集电器与锂金属层邻接形成的边界线不暴露于液体电解质的方式密封边界线的绝缘膜。当电池放电引起产生金属离子的氧化反应时，负极释放电子，并且当对电池充电时，所述负极可以起到正极(还原电极)的作用。负极可以包含负极集电器和设置在所述负极集电器上的锂金属层。锂金属层的锂金属是标准还原电位为-3.040V的金属，并且是被氧化的倾向非常强的金属，并且当这种锂金属遇到具有氧化倾向的异质材料如氧、硫或多硫化物时，锂金属的氧化(腐蚀)迅速进行。在本文中，当与锂金属相比电位高的异种金属在附着到锂的同时暴露于氧、硫或多硫化物时，发生牺牲负极反应，其中牺牲地消耗与高电位异种金属相比电位相对低的锂金属而不是高电位金属。这种牺牲负极反应发生在处于相对低的能量状态(不稳定状态)且发挥高反应位点的金属之间的结合边缘处，而不是发生在锂金属表面上。在包含有与锂金属相比电位高的异种金属的负极集电器上设置的锂金属层的锂金属可能在与负极集电器结合的边缘处引起牺牲负极反应。本说明书的锂-硫电池可以防止或减少由牺牲负极反应引起的锂金属层腐蚀。负极集电器进行负极的集电且没有限制，只要其为具有导电性的材料即可，例如可以使用选自如下中的一种、两种或更多种：碳、不锈钢、镍、铝、铁和钛，更具体地，可以使用碳涂布的铝集电器。使用碳涂布的铝基板的优点在于，在与未涂布碳的铝基板相比时，碳涂布的铝基板对活性材料具有优异的粘合强度，具有低的接触电阻，并且可以防止由多硫化物引起的铝的腐蚀。作为集电器的形式，可以使用各种形式如膜、片、箔、网、多孔体、发泡体和无纺布。锂金属层是指包含锂金属元素的负极活性材料层。锂金属电极的材料可以包括锂合金、锂金属、锂合金的氧化物或锂氧化物。在本文中，锂金属层的一部分可能因氧或水分而劣化，或者可能包含杂质。在电池放电时，锂金属层可以在释放电子的同时产生锂离子。绝缘膜可以设置为覆盖负极集电器与锂金属层邻接形成的边界线。在这种情况下，可以防止因与存在于电解质上的硫的反应而引起在负极集电器与锂金属层邻接形成的边界线上产生多硫化锂。负极集电器与锂金属层邻接形成的边界线是指在由设置在负极集电器上的锂金属层在边界处形成的线，并且当基于图3和图18进行描述时，负极集电器与锂金属层邻接形成的边界线是指在图3和图18的负极部分中的制图符号“10”。绝缘膜不限于所提供的形式，只要其覆盖在负极集电器与锂金属层邻接形成的边界线即可，例如可以包括图4～图11和图19～图22中所示的绝缘膜形式中的任一种。当基于图3和图4以及图18和图19进行描述时，绝缘膜(100)可以仅覆盖负极集电器与锂金属层邻接形成的边界线(10)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂-硫电池，所述锂-硫电池包含：/n负极，所述负极包含负极集电器和设置在所述负极集电器上的锂金属层；/n正极，所述正极包含含硫材料；/n电解质，所述电解质设置在所述负极与所述正极之间；以及/n绝缘膜，所述绝缘膜被设置为覆盖所述负极集电器与所述锂金属层邻接形成的边界线，/n其中除了负极集电器与锂金属层彼此接触的界面之外，锂金属层的整个表面积的10％以上不被绝缘膜覆盖，/n所述绝缘膜具有10

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20140926 KR 10-2014-01289991.一种锂-硫电池，所述锂-硫电池包含：
负极，所述负极包含负极集电器和设置在所述负极集电器上的锂金属层；
正极，所述正极包含含硫材料；
电解质，所述电解质设置在所述负极与所述正极之间；以及
绝缘膜，所述绝缘膜被设置为覆盖所述负极集电器与所述锂金属层邻接形成的边界线，
其中除了负极集电器与锂金属层彼此接触的界面之外，锂金属层的整个表面积的10％以上不被绝缘膜覆盖，
所述绝缘膜具有106Ω·m以上的绝缘电阻，
其中所述绝缘膜具有1nm以上且小于10μm的厚度。


2.根据权利要求1所述的锂-硫电池，其中所述绝缘膜设置在所述负极集电器与所述锂金属层邻接形成的边界线上，以及设置在所述负极集电器...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴寅台，朴昶勋，朴成恩，郑允寿，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR