锂二次电池用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一种锂二次电池用隔膜和包含所述隔膜的锂二次电池，并且更具体地，涉及如下的锂二次电池用隔膜，其包含：多孔基材；和在所述多孔基材的至少一个表面上形成的涂层，其中所述涂层包含含有缺陷的二硫化钼。本发明专利技术的锂二次电池用隔膜通过包含含有缺陷的二硫化钼的涂层来吸附多硫化锂并且抑制锂枝晶的生长，从而改善锂二次电池的容量和寿命特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂二次电池用隔膜和包含所述隔膜的锂二次电池
本申请要求于2019年5月3日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0052462号和于2020年4月24日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0050190号的权益，这些韩国专利申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。本专利技术涉及锂二次电池用隔膜和包含所述隔膜的锂二次电池。
技术介绍
随着锂二次电池的使用范围不仅扩展到便携式电子装置和通信装置，而且还扩展到电动车辆(EV)和蓄电系统(ESS)，对用作它们的电源的锂二次电池的高容量的需求正在不断增加。各种锂二次电池中的锂硫电池是使用具有S-S键(硫-硫键)的硫类材料作为正极活性材料并且使用锂金属、其中发生锂离子的嵌入/脱嵌的碳类材料或与锂形成合金的硅或锡作为负极活性材料的二次电池。作为锂硫电池中的正极活性材料的主要材料的硫存在以下优势：即原子量低，资源非常丰富并且因此易于供应和接收，并且价格便宜、无毒且环保。此外，锂硫电池具有1675mAh/g的理论放电容量，其源自于正极中锂离子和硫的转化反应(S8+16Li++16e-→8Li2S)，并且如果使用锂金属(理论容量：3860mAh/g)作为负极，那么理论能量密度为2600Wh/kg。由于锂硫电池的理论能量密度比目前所研究的其它电池系统(Ni-MH电池：450Wh/kg；Li-FeS电池：480Wh/kg；Li-MnO2电池：1000Wh/kg；Na-S电池：800Wh/kg)和市售的锂二次电池(LiCoO2/石墨)的理论能量密度高得多，因此锂硫电池作为迄今为止已经开发的二次电池中的高容量、环保且低成本的锂二次电池而受到关注，并且是正在进行多项研究的下一代电池系统。在锂硫电池的放电期间，分别在正极发生其中硫接受电子的还原反应和在负极发生其中锂被离子化的氧化反应。锂硫电池在放电期间在正极中产生多硫化锂(Li2Sx，x＝2～8)，并且所述多硫化锂溶解在电解质中并且从正极中溶出，并且因此，正极的可逆容量大大降低，并且此外，溶解的多硫化锂扩散到负极，从而引起各种副反应。此外，在充电过程中，多硫化锂会引起穿梭反应，从而显著降低充电/放电效率。由于多硫化锂的溶出会不利地影响电池的容量和寿命特性，因此已经提出了各种技术来解决多硫化锂的问题。例如，韩国专利公布第2018-0020096号公开了通过包含具有含有过渡金属化合物的催化剂层的隔膜，可以抑制由于多硫化锂的溶出而引起的穿梭反应，并且由此可以改善电池的容量和循环特性。此外，韩国专利公布第2016-0046775号公开了可以通过在含有硫碳复合物的正极的活性部分的一部分上设置由两亲性聚合物制成的正极涂层，从而抑制多硫化锂的溶出并且促进锂离子的移动来改善电池的循环特性。此外，韩国专利公布第2016-0037084号公开了通过将石墨烯涂布在含有硫的碳纳米管聚集体上，防止了多硫化锂溶出，并且可以增加硫碳纳米管复合物的电导率和硫的负载量。这些专利通过将能够吸附多硫化锂的物质引入到正极或隔膜中来防止硫的损失而在一定程度上改善了锂硫电池的性能或寿命劣化的问题，但是效果不足。此外，可能出现由于新引入的材料而导致的劣化问题，并且在这些专利中提出的方法有些复杂，并且还存在限制可以引入的作为正极活性材料的硫的量(即负载量)的问题。因此，有必要通过解决多硫化锂的溶出问题来开发具有优异性能的锂硫电池。[现有技术文献][专利文献]韩国专利公布第2018-0020096号(2018年2月27日)，Separatorforlithiumsulfurbatterieswithcatalystcoating(带有催化剂涂层的锂硫电池用隔膜)。韩国专利公布第2016-0046775号(2016年4月29日)，CATHODEFORLITHIUM-SULFURBATTERYANDMETHODOFPREPARINGTHESAME(锂硫电池用正极和其制备方法)。韩国专利公布第2016-0037084号(2016年4月5日)，SULFUR-CARBONNANOTUBECOMPLEX,METHODOFPREPARINGTHESAME,CATHODEACTIVEMATERIALFORLITHIUM-SULFURBATTERYINCLUDINGTHESAMEANDLITHIUM-SULFURBATTERYINCLUDINGTHESAME(硫碳纳米管复合物、其制备方法、包含所述硫碳纳米管复合物的锂硫电池用正极活性材料和包含所述正极活性材料的锂硫电池)。
技术实现思路
【技术问题】作为为了解决上述问题而进行各种研究的结果，本专利技术的专利技术人已经确认，通过在隔膜的基材上引入包含含有缺陷的二硫化钼的涂层，并且由此解决锂硫电池中多硫化锂溶出的问题并且抑制负极上锂枝晶的生长，可以改善锂二次电池的性能和寿命，从而已经完成了本专利技术。因此，本专利技术的一个目的在于提供一种锂二次电池用隔膜，其通过解决由多硫化锂的溶出所引起的问题来改善锂二次电池的容量和寿命特性。此外，本专利技术的另一个目的在于提供一种包含上述隔膜的锂二次电池。【技术方案】为了实现上述目的，本专利技术提供一种锂二次电池用隔膜，其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涂层，其中所述涂层包含含有缺陷的二硫化钼。所述含有缺陷的二硫化钼可以呈纳米片的形状。所述含有缺陷的二硫化钼可以具有1nm～20nm的厚度。所述含有缺陷的二硫化钼可以为结晶质。所述含有缺陷的二硫化钼可以具有通过X射线衍射(XRD)所测量的分别在14.0°±0.2°、33.1°±0.2°、39.4°±0.2°和58.7°±0.2°衍射角(2θ)范围内出现的衍射峰。所述缺陷可以为选自由点缺陷、线缺陷和面缺陷构成的组中的至少一种。所述涂层可以具有0.1μm～10μm的厚度。所述涂层可以被设置为面对锂二次电池的负极。此外，本专利技术提供一种锂二次电池，其包含上述的锂二次电池用隔膜。【有益效果】通过由缺陷的边缘提供额外的电化学催化活性，并且由此促进对多硫化锂的吸附效果和对锂枝晶的产生的抑制效果，根据本专利技术的隔膜的涂层中包含的含有缺陷的二硫化钼改善包含其的锂二次电池、特别是锂硫电池的容量和寿命特性。因此，在配备有具有包含含有缺陷的二硫化钼的涂层的隔膜的锂二次电池的情况下，由于硫的容量没有劣化，因此不仅可以实现高容量的电池并且以高负载量稳定地施加硫，而且还可以防止锂枝晶的生长，因此不存在电池短路或发热等问题，从而改善电池的稳定性。此外，在这样的锂二次电池的情况下，存在以下优势，即电池的充电/放电效率高并且寿命特性得到改善。附图说明图1为根据本专利技术的制备例1的含有缺陷的二硫化钼的扫描电子显微镜(SEM)照片。图2为根据本专利技术的制备例1的含有缺陷的二硫化钼的高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)图像。图3为示出根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂二次电池用隔膜，其包含：/n多孔基材；和/n在所述多孔基材的至少一个表面上形成的涂层，/n其中所述涂层包含含有缺陷的二硫化钼。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190503 KR 10-2019-0052462;20200424 KR 10-2020-001.一种锂二次电池用隔膜，其包含：
多孔基材；和
在所述多孔基材的至少一个表面上形成的涂层，
其中所述涂层包含含有缺陷的二硫化钼。


2.根据权利要求1所述的锂二次电池用隔膜，其中所述含有缺陷的二硫化钼呈纳米片的形状。


3.根据权利要求2所述的锂二次电池用隔膜，其中所述含有缺陷的二硫化钼具有1nm～20nm的厚度。


4.根据权利要求1所述的锂二次电池用隔膜，其中所述含有缺陷的二硫化钼为结晶质。


5.根据权利要求4所述的锂二次电池用隔膜，其中所述含有缺陷的二硫化钼具有通过X射...

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