隔膜和包含所述隔膜的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及隔膜，其中多孔基材的至少一面涂布有片状的部分还原的氧化石墨烯和锂离子传导性聚合物，其可以解决由在常规锂二次电池中产生的多硫化锂引起的问题；和锂二次电池。

Diaphragm and lithium secondary battery containing the diaphragm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】隔膜和包含所述隔膜的锂二次电池
本申请要求于2017年10月26日提交的韩国专利申请第10-2017-0139969号的权益，其所有内容通过引用并入本文中。本专利技术涉及一种能够解决由多硫化锂引起的问题的隔膜以及包含所述隔膜的锂二次电池。
技术介绍
近来，随着电子产品、电子装置、通信装置等的小型化和轻量化的快速发展，以及与环境问题相关的对电动车辆的需求大大增加，对于用作这些产品的电源的二次电池的性能改进的需求也日益增长。其中，锂二次电池由于其高能量密度和高标准电极电位而作为高性能电池已受到了相当大的关注。特别地，锂硫(Li-S)电池是使用具有S-S键(硫-硫键)的含硫材料作为正极活性材料并且使用锂金属作为负极活性材料的二次电池。作为正极活性材料的主要材料的硫存在的优点是，在资源方面非常丰富、无毒，并且具有低原子量。此外，锂硫电池的理论放电容量为1675mAh/g-硫，并且其理论能量密度为2600Wh/kg。由于锂硫电池的能量密度远远高于目前正在研究的其他电池系统的理论能量密度(Ni-MH电池：450Wh/kg，Li-FeS电池：480Wh/kg，Li-MnO2电池：1000Wh/kg，Na-S电池：800Wh/kg)，因此锂硫电池是迄今为止开发的电池当中最有前景的电池。在锂硫电池的放电期间，锂的氧化反应发生在负极(阳极)，硫的还原反应发生在正极(阴极)。在锂硫电池的情况下，多硫化锂(Li2Sx，x＝2～8)在放电期间生成、并被溶解在电解质中、并扩散到负极，从而不仅引起各种副反应，而且降低参与电化学反应的硫的容量。而且，在充电期间，多硫化锂引起穿梭反应，从而显著降低充电/放电效率。为了解决上述问题，已经提出了添加具有吸附硫的性质的添加剂的方法，但是这种方法已经引起了劣化问题，并且由此新产生了电池的额外的副反应。因此，为了延迟正极活性材料即硫的流出，已经提出了添加金属硫属元素化物、氧化铝等或者用氧化碳酸盐等涂布表面的方法。然而，在这些方法的情况下，不仅硫在处理期间会损失或所述方法复杂，而且可以加入的活性材料即硫的量(即负载量)也受到限制。因此，对于锂硫电池的商业化，多硫化锂的问题是首先要解决的问题。[现有技术文献][专利文献](专利文献1)中国专利公开第106356488号(2017年1月25日)“一种锂离子电池或锂硫电池用复合隔膜及其制备方法和应用”(专利文献2)韩国专利第10-1678817号(2016年11月17日)“还原氧化石墨烯的制造方法、还原氧化石墨烯、使用还原氧化石墨烯的阻挡膜的制造方法和阻挡膜”
技术实现思路
【技术问题】因此，本专利技术的专利技术人已经确认了，作为为了解决在锂二次电池的正极侧产生的多硫化锂的问题，而将由具有一定粒径的、片状的部分还原的氧化石墨烯和锂离子传导性聚合物形成的新结构应用于与正极相邻的隔膜的结果，通过解决上述问题提高了锂二次电池的电池性能，由此完成了本专利技术。因此，本专利技术的目的为提供一种能够解决由多硫化锂引起的问题的用于锂二次电池的隔膜。此外，本专利技术的另一目的为提供一种包含上述隔膜并且由此具有改善的电池性能的锂二次电池。【技术方案】为了实现上述目的，本专利技术提供一种用于锂二次电池的隔膜，其包含：多孔基材；和形成在所述多孔基材的至少一面的涂层，其中所述涂层包含片状的部分还原的氧化石墨烯以及锂离子传导性聚合物。此时，所述部分还原的氧化石墨烯包含具有20μm至30μm的直径的第一粒子和具有1μm至5μm的直径的第二粒子。此时，在所述部分还原的氧化石墨烯中所述第一粒子和所述第二粒子以1:1至10:1的重量比混合。此外，本专利技术提供一种包含所述用于锂二次电池的隔膜的锂二次电池。有益效果根据本专利技术的隔膜包含片状的部分还原的氧化石墨烯和锂离子传导性聚合物，并且由此解决由锂二次电池的正极中产生的多硫化锂引起的问题。在设置有上述隔膜的锂二次电池的情况下，硫的容量不降低，使得可以实现高容量电池，并且可以在高负载的情况下稳定地应用硫，并且也不存在电池的短路或产热的问题，从而改善电池的稳定性。此外，所述锂二次电池具有以下优点：电池的充电/放电效率高，并且改善了寿命特性。附图说明图1为示出根据本专利技术的实施方式的锂二次电池的横截面图。图2为根据实施例1的隔膜的扫描电子显微镜(SEM)照片。图3为根据实施例2的隔膜的扫描电子显微镜(SEM)照片。图4为根据实施例3的隔膜的扫描电子显微镜(SEM)照片。图5为示出实施例1至3和比较例1中制造的锂二次电池的初始充电/放电容量的图。图6为示出实施例1至3和比较例1中制造的锂二次电池的寿命特性的图。具体实施方式在下文中，将参照附图详细描述本专利技术以使得本领域技术人员能够容易地实施本专利技术。然而，本专利技术可以以各种不同的形式实施，并且不限于此。本说明书和权利要求中所用的术语或词语不应当被解释为限于一般含义和字典中的含义，而应基于允许本专利技术人适当地定义术语的概念以对本专利技术进行最佳解释的原则基于符合本公开的技术构思的含义和概念来解释。本文中使用的术语“复合物”是指两种以上的材料结合而在形成彼此物理和化学上不同的相的同时表现出更有效的功能的材料。通过使用能够嵌入/脱嵌锂离子的材料作为负极和正极，并且在负极和正极之间填充有机电解液或聚合物电解液来制造锂二次电池，并且锂二次电池是指当锂离子在正极和负极处嵌入和脱嵌时通过氧化/还原反应来产生电能的电化学装置。根据本专利技术的实施方式，锂二次电池可以为包含硫化合物作为正极的电极活性材料的锂硫电池。本专利技术公开了锂二次电池和在其中使用的隔膜。图1为示出锂二次电池10的横截面图，并且所述电池具有如下结构：其中包含锂金属作为负极1，包含硫作为正极3，并且隔膜5被设置在它们之间。此时，电解质(未示出)以在负极1与正极3之间浸渗隔膜5的方式存在。在锂二次电池10的充电/放电期间，在正极中，产生多硫化锂，并且因此电池(10)的充电容量降低且能量降低，并且在负极中，生成锂枝晶，并且因此出现诸如电池的短路、产热、起火和爆炸的稳定性问题，同时伴随着电池的寿命的降低。为了解决这些问题，已经提出了在电极上添加新组成或形成附加涂层的方法，但是不能确保电池的性能改善效果达到期望的水平。为了解决这些问题，在本专利技术中提出了具有新结构的隔膜5。具体地，根据本专利技术的隔膜5具有多孔基材和形成在其一面或两面的涂层。当涂层形成在多孔基材的一面时，涂层可以被置于负极侧或正极侧中的任一侧，并且在本专利技术中，涂层可以被形成为面对正极3。构成隔膜5的多孔基材能够在将负极1和正极3彼此分开或绝缘的同时使锂离子在负极1与正极3之间传输。隔膜5可以由多孔的不导电或绝缘的材料制成。隔膜5可以为独立构件例如膜。具体地，多孔基材可以由多孔聚合物膜单独构成，或者可以通过层压多孔聚合物膜构成，或者可以为但不限于常规的多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂二次电池的隔膜，其包含：/n多孔基材；和/n形成在所述多孔基材的至少一面的涂层，/n其中所述涂层包含片状的部分还原的氧化石墨烯以及锂离子传导性聚合物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171026 KR 10-2017-01399691.一种用于锂二次电池的隔膜，其包含：
多孔基材；和
形成在所述多孔基材的至少一面的涂层，
其中所述涂层包含片状的部分还原的氧化石墨烯以及锂离子传导性聚合物。


2.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的隔膜，其中，所述部分还原的氧化石墨烯具有0.1nm至1μm的厚度。


3.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的隔膜，其中，所述部分还原的氧化石墨烯包含具有20μm至30μm的直径的第一粒子和具有1μm至5μm的直径的第二粒子。


4.根据权利要求3所述的用于锂二次电池的隔膜，其中，在所述部分还原的氧化石墨烯中所述第一粒子和所述第二粒子以1:1至10:1的重量比混合。


5.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的隔膜，其中，所述多孔基材具有3μm至100μm的厚度和0.01μm至10μm的孔径。


6.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的隔膜，其中，所述多孔基材包含选自由聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚缩醛、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、纤维素、尼龙、聚对苯撑苯并双唑和聚芳酯构成的组中的至少一种材料。


7.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的隔膜，其中，所述锂离子传导性聚合物包含选自由聚氨酯、锂化全氟磺酸树脂、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚硅氧烷、聚苯乙烯和聚乙二醇构成的组中的至少一种。


8.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的隔膜，其中，在所述涂层中，所述部分还原的氧化石墨烯和所述锂离子传导性聚合物以1:5至1:20的重量比混合。


9.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的隔膜，其中，在所述涂层中，所述部分还原的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋知恩，孙权男，梁斗景，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR