锂金属负极及包含其的电化学装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种锂金属负极及其制备方法，所述锂金属负极包含：锂金属层；和在所述锂金属层的至少一个表面上的氧化物层，其中，所述氧化物层具有裂纹区和非裂纹区

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂金属负极及包含其的电化学装置


[0001]本专利技术涉及锂金属负极及包含其的电化学装置
。
[0002]本申请要求
2022
年1月
12
日在韩国专利局提交的韩国专利申请
No.10
‑
2022
‑
0004911
的优先权和权益，其公开内容通过引用全部并入本文
。

技术介绍

[0003]随着储能技术得到正在增加的关注，应用范围已延伸至用于移动电话
、
平板电脑
、
笔记本电脑和摄像机的能源，甚至于电动车辆和混合动力电动车辆的能源
。
另外，对电化学装置的研究和开发在逐渐增加
。
在此方面，电化学装置正吸引大量关注，并且近来为了改善开发的此种电池的容量密度和比能量，已对新的电极和电池的设计进行研究和开发
。
[0004]在这些电化学装置中，使用锂金属作为负极的锂金属二次电池如锂
‑
硫电池
(Li
‑
S
电池
)
具有
3,862mAh/g
的高理论容量，并且使用轻的锂金属作为负极活性材料，因此正在作为下一代高容量电池而受到关注
。
在锂
‑
硫电池中，在放电过程中发生硫的还原反应和锂金属的氧化反应，并且在此情况下，硫由环状结构的
S8形成具有线性结构的多硫化锂
(LiPS)
，并且锂
‑
硫电池表现出步进式放电电压直至多硫化物完全还原为
Li2S。
[0005]然而，在锂金属二次电池例如锂
‑
硫电池中，在充电
/
放电过程中由于电解质溶液的副反应
(
由电解质溶液的分解引起的副产物的沉积
)
和锂金属的不稳定性
(
由于锂金属负极上枝晶的生长产生的短路
)
导致充电
/
放电效率降低，使电池寿命劣化
。
[0006]特别地，作为负极活性材料的锂金属容易形成大面积的枝晶并且与电解质溶液中的盐和添加剂反应形成固体电解质界面
(SEI)
，由此持续消耗电解质溶液中的盐和添加剂
。
于是加速了电池的劣化
。
[0007]因此，为了使用锂金属作为负极，需要开发抑制枝晶生长并且防止电解质溶液中的盐和添加剂耗尽的技术
。

技术实现思路

[0008]技术问题
[0009]本专利技术旨在提供一种锂金属负极以及包含其的电化学装置，其中，在锂金属负极表面上形成具有裂纹区的氧化物层以改善锂脱嵌，使得电沉积能够均匀发生并且抑制枝晶生长
。
[0010]本专利技术进一步旨在提供一种锂金属负极的制备方法，其中，在锂金属负极表面上形成具有裂纹区的氧化物层以改善锂脱嵌，使得电沉积能够均匀发生并且抑制枝晶生长
。
[0011]技术方案
[0012]为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供了以下实施方式的锂金属负极
。
[0013]根据第一实施方式，一种锂金属负极，其包含：锂金属层；和在所述锂金属层的至少一个表面上的氧化物层，其中，所述氧化物层具有裂纹区和非裂纹区
。
[0014]根据第二实施方式，在第一实施方式中，裂纹区与非裂纹区的面积比可以为
2:8
至
9:1。
[0015]根据第三实施方式，在第一或第二实施方式中，具有裂纹区的氧化物层的厚度可以等于或小于氧化物层的最大厚度的
50
％
。
[0016]根据第四实施方式，在第一至第三实施方式的任一项中，具有裂纹区的氧化物层的厚度可以为
10nm
至
10
μ
m。
[0017]根据第五实施方式，在第一至第四实施方式的任一项中，锂金属层的厚度可以为1μ
m
至
200
μ
m。
[0018]根据第六实施方式，提供了一种制造第一至第四实施方式中的任一项所述的锂金属负极的方法，所述锂金属负极包含锂金属层和在在所述锂金属层的至少一个表面上的氧化物层，所述方法包括在氧化物层中形成裂纹区
。
[0019]根据第七实施方式，在第六实施方式中，裂纹区的形成可以包括在
0.001
至
1Torr
的压强的真空气氛中热处理所述锂金属负极
。
[0020]根据第八实施方式，在第六或第七实施方式中，裂纹区的形成可以包括在惰性气氛中热处理所述锂金属负极
。
[0021]根据第九实施方式，在第六至第八实施方式的任一项中，裂纹区的形成可以包括在
40℃
至
120℃
下热处理所述锂金属负极
。
[0022]根据第十实施方式，在第六至第九实施方式的任一项中，裂纹区的形成可以包括在
65℃
至
85℃
下热处理所述锂金属负极
。
[0023]根据第十一实施方式，提供了一种电化学装置，其包含第一至第五实施方式中的任一项所述的锂金属负极
。
[0024]根据第十二实施方式，在第十一实施方式中，所述电化学装置可以包括锂二次电池
。
[0025]根据第十三实施方式，在第十二实施方式中，所述锂二次电池可以包括锂离子电池
、
锂
‑
硫电池或锂
‑
锂对称电芯中的至少一种
。
[0026]有益效果
[0027]在本专利技术的一个实施方式的锂金属负极中，因为裂纹区在锂金属表面上的氧化物层中形成，因而可以通过裂纹区改善锂脱嵌，并且增加锂金属的表面积，由此使电沉积能够均匀发生并且抑制枝晶生长
。
[0028]在包含本专利技术的一个实施方式的锂金属负极的电化学装置中，因为锂金属负极在其表面上包含具有裂纹区的氧化物层，所以可以改善寿命
。
附图说明
[0029]附图说明了本专利技术的示例性实施方式，并与前述公开内容一起，用于提供对本专利技术的技术方面的进一步理解，因此，本专利技术不应被理解为仅限于附图
。
[0030]图1为示出了实施例1‑3中制造的锂金属负极的表面的扫描电子显微镜
(SEM)
图像
。
[0031]图2为示出了比较例1‑1中制造的锂金属负极的表面的
SEM
图片
。
[0032]图3为示出了实施例2‑1的锂
‑
锂对称电芯的循环寿命性能的图
。
[0033]图4为示出了实施例2‑2中制造的锂
‑
锂对称电芯的循环寿命性能的图
。
[0034]图5为示出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种锂金属负极，其包含：锂金属层；以及在所述锂金属层的至少一个表面上的氧化物层，其中，所述氧化物层具有裂纹区和非裂纹区
。2.
如权利要求1所述的锂金属负极，其中，所述裂纹区与所述非裂纹区的面积比为
2:8
至
9:1。3.
如权利要求1所述的锂金属负极，其中，具有所述裂纹区的氧化物层的厚度等于或小于所述氧化物层的最大厚度的
50
％
。4.
如权利要求1所述的锂金属负极，其中，具有所述裂纹区的氧化物层的厚度为
10nm
至
10
μ
m。5.
如权利要求1所述的锂金属负极，其中，所述锂金属层的厚度为1μ
m
至
200
μ
m。6.
一种用于制造权利要求1所述的锂金属负极的方法，所述锂金属负极包含锂金属层和在所述锂金属层的至少一个表面上的氧化物层，所述方法包括：在所述氧化物层中形成裂纹区
。7.
如权利要求6所述的用于制造锂金属负极的方法，其中，所述裂纹区的形成包括在
0.001
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李度中，金起炫，
申请(专利权)人：株式会社，
类型：发明
国别省市：