锂二次电池制造技术

本公开的一方面涉及一种锂二次电池，并且更具体地，涉及如下的锂二次电池，其通过指定正极和电解液的条件，并且另外通过热处理而对碳材料进行表面改性或包含含有二硫化钼涂层的隔膜，而能够获得比现有的锂二次电池更高的能量密度和更长的寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂二次电池
本申请要求基于2019年5月28日提交的韩国专利申请第10-2019-0062459号、2019年5月31日提交的韩国专利申请第10-2019-0064307号和2020年5月28日提交的韩国专利申请第10-2020-0063973号的优先权的权益，这些韩国专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。本公开内容的一个方面涉及一种锂二次电池。
技术介绍
随着二次电池的应用领域扩展到电动汽车(EV)、能量存储系统(ESS)等，具有相对较低的重量比能量存储密度(～250Wh/kg)的锂离子二次电池在应用于此类产品时受到限制。另一方面，锂硫二次电池在理论上能够实现高的重量比能量存储密度(～2600Wh/kg)，因此已作为下一代二次电池技术受到关注。锂硫二次电池是使用具有硫-硫键的硫基材料作为正极活性材料并使用锂金属作为负极活性材料的电池系统。这样的锂硫二次电池的优势在于，作为正极活性材料的主要材料的硫在全球范围内资源非常丰富，无毒且原子量低。在锂硫二次电池的放电期间，作为负极活性材料的锂在释放电子并被离子化的同时被氧化，并且作为正极活性材料的硫基材料通过接收电子而被还原。在此，锂的氧化反应是锂金属释放电子并转变成锂阳离子形式的过程。另外，硫的还原反应是其中硫-硫键接收两个电子并变为硫阴离子形式的过程。通过锂的氧化反应产生的锂阳离子通过电解质转移至正极，并通过与经由硫的还原反应产生的硫阴离子键合而形成盐。具体来说，放电前的硫具有环状S8结构，并且其通过还原反应而变为多硫化锂(Li2Sx，x＝8、6、4、2)，并且当这种多硫化锂被充分还原时，最终产生硫化锂(Li2S)。由于作为正极活性材料的硫的低电导率，因此以固态的形式难以确保与电子和锂离子的反应性。为了提高硫的这种反应性，现有的锂硫二次电池产生Li2Sx形式的中间体多硫化物，从而引起液态反应并提高反应性。此时，将对多硫化锂具有高溶解性的醚类溶剂如二氧戊环或二甲氧基乙烷用作电解液的溶剂。另外，现有的锂硫二次电池构建了阴极液型锂硫二次电池系统以提高反应性，并且在这种情况下，由于多硫化锂的容易溶解在电解液中的性质，硫反应性和寿命特性受到电解液含量的影响。另外，需要注入低含量的电解液以构建高能量密度，然而，随着电解液减少，电解液中的多硫化锂浓度增加，由于活性材料迁移率的降低和副反应的增加而使得正常电池驱动变得困难。这样的多硫化锂溶出不利地影响电池容量和寿命特性，并且已经提出了多种抑制多硫化锂溶出的技术。作为一例，韩国专利申请公开第2016-0037084号公开了使用具有涂布有石墨烯的三维结构的碳纳米管聚集体作为碳材料可以防止多硫化锂溶出，并提高硫碳纳米管复合物的导电性。另外，韩国专利第1379716号公开了，通过使用含硫的石墨烯复合物作为正极活性材料，多硫化锂的溶出受到抑制，并且因此可以使电池容量的降低最小化，所述石墨烯复合物是通过以下方法制备的：用氢氟酸处理石墨烯以在石墨烯表面上形成孔隙，并在所述孔隙中生长硫粒子。此外，韩国专利公开第2018-0116927号和韩国专利公开第2015-0044833号公开了通过在锂硫二次电池中使用包含各种形式的碳材料的硫碳复合物，可以改善电池性能。通过改变用作正极活性材料的硫碳复合物的结构或材料，这些专利通过防止多硫化锂溶出而在一定程度上改善了锂硫二次电池的性能下降的问题，然而，效果并不充分。因此，为了构建具有高能量密度的锂硫二次电池，需要能够驱动高负载和低孔隙率电极的电池体系，并且本领域中一直在进行这种电池体系的研究。[现有技术文献][专利文献](专利文献1)韩国专利申请公开第2016-0037084号(专利文献2)韩国专利第1379716号(专利文献3)韩国专利申请公开第2018-0116927号(专利文献4)韩国专利申请公开第2015-0044833号[非专利文献](非专利文献1)AbbasFotouhi等，Lithium-SulfurBatteryTechnologyReadinessandApplications-AReview(锂硫电池技术的准备和应用——综述)，Energies2017,10,1937。
技术实现思路
【技术问题】作为鉴于上述问题而进行了广泛研究的结果，在本公开内容的一个方面，本专利技术人已经确认了，当将正极和电解液调节为处于特定条件下时，可获得具有高能量密度和长寿命的锂硫二次电池，并且已经完成了本公开内容的一个方面。此外，在本公开内容的一个方面，本专利技术人已经确认了，当在正极活性材料中包含表面通过热处理而被改性的碳材料或在隔膜上形成二硫化钼涂层时，可获得具有高能量密度和长寿命的锂硫二次电池。因此，本公开内容的一个方面提供一种具有优异的能量密度和寿命特性的锂二次电池。【技术方案】根据本公开内容的一个方面，提供一种锂二次电池，其包含正极、负极、隔膜和电解液，其中所述正极具有0.45以上的由以下数学式1表示的SC因子值：[数学式1]SC因子＝α×L/P(在数学式1中，P为所述正极中的正极活性材料层的孔隙率(％)，L为所述正极中所述正极活性材料层的每单位面积的硫质量(mg/cm2)，并且α为10(常数))，所述电解液包含溶剂和锂盐，并且所述溶剂包含具有1.75以下的由以下数学式2表示的DV2因子值的第一溶剂；和作为氟化醚类溶剂的第二溶剂：[数学式2]DV2因子＝γ×μ/DV(在数学式2中，DV为每单位体积的偶极矩(D·mol/L)，μ为溶剂的粘度(cP，25℃)，并且γ为100(常数))。所述正极可以包含含有表面改性的碳材料的硫碳复合物并且所述碳材料中包含的碳含量可以为98重量％以上。所述碳材料可以具有280m2/g～4500m2/g的比表面积和2.3cm3/g～5cm3/g的孔体积。所述硫碳复合物可以具有10m2/g～20m2/g的比表面积和0.04cm3/g～1cm3/g的孔体积。所述隔膜可以包含多孔基材和在所述多孔基材的至少一个表面上形成的二硫化钼涂层。所述二硫化钼涂层可以具有0.1μm～10μm的厚度。所述二硫化钼涂层形成在所述多孔基材的一个表面上，并且所述二硫化钼涂层可以被设置为面对所述负极。所述第一溶剂可以具有1.5以下的DV2因子值。所述锂二次电池可以具有3.5以下的由以下数学式3表示的NS因子值：[数学式3]NS因子＝DV2因子/SC因子(在数学式3中，所述SC因子具有与数学式1中所定义的值相同的值，并且所述DV2因子具有与数学式2中所定义的值相同的值)。所述锂二次电池可以具有850以上的由以下数学式4表示的ED因子值：[数学式4]ED因子＝V×SC因子×C/D(在数学式4中，V为Li/Li+的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂二次电池，其包含：/n正极；/n负极；/n隔膜；和/n电解液，/n其中所述正极具有0.45以上的由以下数学式1表示的SC因子值：/n[数学式1]/nSC因子＝α×L/P/n在数学式1中，/nP为所述正极中的正极活性材料层的孔隙率(％)；/nL为所述正极中所述正极活性材料层的每单位面积的硫质量(mg/cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190528 KR 10-2019-0062459;20190531 KR 10-2019-001.一种锂二次电池，其包含：
正极；
负极；
隔膜；和
电解液，
其中所述正极具有0.45以上的由以下数学式1表示的SC因子值：
[数学式1]
SC因子＝α×L/P
在数学式1中，
P为所述正极中的正极活性材料层的孔隙率(％)；
L为所述正极中所述正极活性材料层的每单位面积的硫质量(mg/cm2)；并且
α为10(常数)，
所述电解液包含溶剂和锂盐；并且
所述溶剂包含具有1.75以下的由以下数学式2表示的DV2因子值的第一溶剂；和作为氟化醚类溶剂的第二溶剂：
[数学式2]
DV2因子＝γ×μ/DV
在数学式2中，
DV为每单位体积的偶极矩(D·mol/L)；
μ为溶剂的粘度(cP，25℃)；并且
γ为100(常数)。


2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述正极包含含有表面改性的碳材料的硫碳复合物；并且
所述表面改性的碳材料中包含的碳的含量为98重量％以上。


3.根据权利要求2所述的锂二次电池，其中所述表面改性的碳材料具有280m2/g～4500m2/g的比表面积和2.3cm3/g～5cm3/g的孔体积。


4.根据权利要求2所述的锂二次电池，其中所述含有表面改性的碳材料的硫碳复合物具有10m2/g～20m2/g的比表面积和0.04cm3/g～1cm3/g的孔体积。


5.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述隔膜包含多孔基材和在所述多孔基材的至少一个表面上形成的二硫化钼涂层。


6.根据权利要求5所述的锂二次电池，其中所述二硫化钼涂层具有0.1μm～10μm的厚度。


7.根据权利要求5所述的锂二次电池，其中所述二硫化钼涂层形成在...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋明俊，金明星，金潣守，朴寅台，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR