包括含锂复合物的涂层的隔板、包括所述隔板的锂二次电池和用于制造所述二次电池的方法技术

提供了一种隔板，包括：具有多个孔的多孔聚合物基板；和形成在所述多孔聚合物基板的至少一个表面上的含锂复合物的涂层，并且所述含锂复合物的涂层包括多个含锂复合物和位于所述含锂复合物的整个或部分表面上以将所述含锂复合物彼此连接并固定的粘合剂，其中所述含锂复合物包括锂化化合物和形成在所述锂化化合物的表面上的钝化膜(passivation film)，并且所述钝化膜是固体电解质界面(solid electrolyte interface,SEI)。还提供了一种包括所述隔板的锂二次电池和一种用于制造所述锂二次电池的方法。

A separator including a coating containing lithium complex, a lithium secondary battery including the separator and a method for manufacturing the secondary battery

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括含锂复合物的涂层的隔板、包括所述隔板的锂二次电池和用于制造所述二次电池的方法
本申请要求于2018年3月20日在韩国提交的韩国专利申请第10-2018-0032220号的优先权。本公开内容涉及一种包括含锂复合物的涂层的隔板。更具体地，本公开内容涉及一种包括能够补充负极的不可逆容量的含锂复合物的涂层的隔板、一种包括所述隔板的锂二次电池和一种用于制造所述二次电池的方法。
技术介绍
随着对移动设备的技术开发和需求的增加，对作为能源的可充电二次电池需求也日益增长。在这些二次电池中，具有高能量密度和电压、长循环寿命和低放电率的锂二次电池已被商业化并被广泛使用。锂二次电池包括正极、负极、插置在正极和负极之间以将它们彼此隔离的隔板、以及与正极和负极电化学连通的电解质。这样的锂二次电池通常是通过将嵌入锂的化合物(诸如LiCoO2或LiMn2O4)用作正极并且将未嵌入锂的化合物(诸如碳质或Si基材料)用作负极来获得的。在充电期间，嵌入正极的锂离子经由电解质移动至负极。在放电期间，锂离子从负极移回至正极。在充电期间，从正极移动至负极的锂与电解质反应而在负极的表面上形成一种钝化膜(passivationfilm)，即固体电解质界面(solidelectrolyteinterface,SEI)。SEI抑制了负极与电解质反应所需的电子的传输，从而防止了电解质的分解，从而稳定了负极的结构。另一方面，SEI的形成是不可逆的，从而引起锂离子的消耗。换句话说，由于SEI的形成而消耗的锂不能在随后的放电过程中返回到正极，从而导致电池容量的下降。这称为不可逆容量(irreversiblecapacity)。此外，由于二次电池的正极和负极的充/放电效率并非完全为100％，所以随着循环的进行，产生锂离子的消耗，引起电极容量降低，从而导致循环寿命劣化。具体地，当出于高容量目的而将Si基材料用于负极时，由于锂的耗尽而导致初始不可逆容量高并且初始效率低。因此，已经尝试进行预锂化(pre-lithiation)以减少负极的初始不可逆性。换句话说，在制造电池之前，预先进行负极的不可逆反应，或者预先将一些锂嵌入到负极中以确保初始可逆性，从而改善电池的容量和电化学特性。当将锂金属直接用于这种预锂化时，锂本身容易与氧气、氮气和二氧化碳反应，因为它在空气中不稳定。因此，难以处理锂并且存在着火和爆炸的高风险。
技术实现思路
技术问题本公开内容旨在解决相关技术的问题，因此，本公开内容旨在提供一种更有效地补充负极的不可逆容量以改善初始效率和寿命特性的隔板和一种包括所述隔板的锂二次电池。本公开内容还旨在提供一种用于制造所述锂二次电池的方法。技术方案根据本公开内容的实施方式，提供一种隔板，所述隔板包括：具有多个孔的多孔聚合物基板；和形成在所述多孔聚合物基板的至少一个表面上的含锂复合物的涂层，并且所述涂层包括多个含锂复合物和位于所述含锂复合物的整个或部分表面上以将所述含锂复合物彼此连接并固定的粘合剂，其中所述含锂复合物包括锂化化合物和形成在所述锂化化合物的表面上的钝化膜(passivationfilm)，并且所述钝化膜是固体电解质界面(solidelectrolyteinterface,SEI)。根据本公开内容的第二实施方式，提供如第一实施方式中所限定的隔板，其中所述锂化化合物包括硅化锂(LixSi,0<x<4.4)、LixSn(0<x<4.4)、LixGe(0<x<4.4)、LixAl(0<x<3)、LixSb(0<x<3)、LixZn(0<x<1)、Co-Li2O、Ni-Li2O、Fe-Li2O、LixC(0<x<0.17)、Li4+xTi5O12(0<x<3)、LixMoO2(0<x<4)、LixTiO2(0<x<3)、LixV2O5(0<x<5)、或它们中的至少两种的混合物。根据本公开内容的第三实施方式，提供如第一或第二实施方式中所限定的隔板，其中所述锂化化合物是通过将锂离子嵌入到锂可嵌入材料中而获得的，并且所述锂可嵌入材料包括：Si、Sn、Al、Sb或Zn的金属(类金属)或金属氧化物；CoxOy(1≤x≤3,1≤y≤4)、NixOy(1≤x≤2,1≤y≤3)、FexOy(1≤x≤5,1≤y≤5)、TiO2、MoO2、V2O5或Li4Ti5O12的金属氧化物；碳质材料；或它们中的至少两种的混合物。根据本公开内容的第四实施方式，提供如第一至第三实施方式中任一项所限定的隔板，其中所述含锂复合物的粒径(直径)为10nm至200μm。根据本公开内容的第五实施方式，提供如第一至第四实施方式中任一项所限定的隔板，其中所述SEI膜包括LiF、Li2O、LiOH、Li2CO3、或它们中的至少两种的混合物。根据本公开内容的第六实施方式，提供如第一至第五实施方式中任一项所限定的隔板，其中所述含锂复合物的涂层具有相当于100％的隔板总厚度的10-90％的厚度。根据本公开内容的第七实施方式，提供一种锂二次电池，所述锂二次电池包括正极、负极、以及插置在正极和负极之间的隔板，其中所述隔板是第一至第六实施方式中任一项所限定的并且在面向负极的表面上具有含锂复合物的涂层。根据本公开内容的第八实施方式，提供一种用于制造锂二次电池的方法，包括以下步骤：(S1)将锂可嵌入材料和锂金属颗粒的混合物添加至电解质中，并在室温下搅拌并洗涤，从而获得包括嵌入该材料中的锂离子和形成在其表面上的钝化膜(passivationfilm)在内的含锂复合物；(S2)将含锂复合物与粘合剂一起分散在溶剂中以获得浆料，并将该浆料涂覆到具有多个孔的多孔聚合物基板的至少一个表面上，随后进行干燥，以获得具有含锂复合物的涂层的隔板；和(S3)以使含锂复合物的涂层面向负极的方式将隔板插置在正极和负极之间，其中所述钝化膜是通过锂离子与电解质反应而形成的固体电解质界面(solidelectrolyteinterface,SEI)膜。根据本公开内容的第九实施方式，提供如第八实施方式中所限定的用于制造锂二次电池的方法，其中在步骤(S1)中，所述锂可嵌入材料和锂金属颗粒以1:0.05-1:3的重量比混合。根据本公开内容的第十实施方式，提供如第八或第九实施方式中所限定的用于制造锂二次电池的方法，其中在步骤(S1)中，在室温下进行搅拌1-30小时。根据本公开内容的第十一实施方式，提供如第八或第十实施方式中所限定的用于制造锂二次电池的方法，其中在步骤(S1)中，在获得含锂复合物之后，进一步进行真空干燥以除去残留在表面上的电解质。根据本公开内容的第十二实施方式，提供如第八至第十一实施方式中所限定的用于制造锂二次电池的方法，其中将导电材料进一步添加至步骤(S2)的浆料中。根据本公开内容的第十三实施方式，提供如第八至第十二实施方式中所限定的用于制造锂二次电池的方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔板，包括：具有多个孔的多孔聚合物基板；和形成在所述多孔聚合物基板的至少一个表面上的含锂复合物的涂层，并且所述含锂复合物的涂层包括多个含锂复合物和位于所述含锂复合物的整个或部分表面上以将所述含锂复合物彼此连接并固定的粘合剂，其中所述含锂复合物包括锂化化合物和形成在所述锂化化合物的表面上的钝化膜(passivation film)，并且所述钝化膜是固体电解质界面(solid electrolyteinterface,SEI)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180320 KR 10-2018-00322201.一种隔板，包括：具有多个孔的多孔聚合物基板；和形成在所述多孔聚合物基板的至少一个表面上的含锂复合物的涂层，并且所述含锂复合物的涂层包括多个含锂复合物和位于所述含锂复合物的整个或部分表面上以将所述含锂复合物彼此连接并固定的粘合剂，其中所述含锂复合物包括锂化化合物和形成在所述锂化化合物的表面上的钝化膜(passivationfilm)，并且所述钝化膜是固体电解质界面(solidelectrolyteinterface,SEI)。


2.根据权利要求1所述的隔板，其中所述锂化化合物包括硅化锂(LixSi,0<x<4.4)、LixSn(0<x<4.4)、LixGe(0<x<4.4)、LixAl(0<x<3)、LixSb(0<x<3)、LixZn(0<x<1)、Co-Li2O、Ni-Li2O、Fe-Li2O、LixC(0<x<0.17)、Li4+xTi5O12(0<x<3)、LixMoO2(0<x<4)、LixTiO2(0<x<3)、LixV2O5(0<x<5)、或它们中的至少两种的混合物。


3.根据权利要求1所述的隔板，其中所述锂化化合物是通过将锂离子嵌入到锂可嵌入材料中而获得的，并且所述锂可嵌入材料包括：Si、Sn、Al、Sb或Zn的金属(类金属)或金属氧化物；CoxOy(1≤x≤3,1≤y≤4)、NixOy(1≤x≤2,1≤y≤3)、FexOy(1≤x≤5,1≤y≤5)、TiO2、MoO2、V2O5或Li4Ti5O12的金属氧化物；碳质材料；或它们中的至少两种的混合物。


4.根据权利要求1所述的隔板，其中所述含锂复合物的粒径(直径)为10nm至200μm。


5.根据权利要求1所述的隔板，其中所述SEI膜包括LiF、Li2O、LiOH、Li2CO3、或它们中的至少两种的混合物。


6.根据权利要求1所述的隔板，其中所述含锂复合物的涂层具有相当于100％的所述隔板的总厚度的10-90％的厚度。


7.一种锂二次电池，包括正极、负极、以及插置在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡午秉，禹相昱，金帝映，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR