[发明专利]锂硫二次电池用胶囊和包含其的锂硫二次电池

说明书

本发明涉及一种锂硫二次电池用胶囊，其中所述胶囊包含：核，所述核含有形成和恢复固体电解质界面(SEI层)所需的材料和水凝胶；以及壳，所述壳由围绕所述核的聚合物制成，由此，通过在电池运行期间使所述形成和恢复固体电解质界面(SEI层)所需的材料保持在恒定水平，能够长时间地保持负极上的固体电解质界面(SEI层)。

技术领域

本发明涉及一种锂硫二次电池用胶囊。

本申请要求基于2020年9月10日提交的韩国专利申请第10-2020-0116127号的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

近来，随着电子设备和通信设备的小型化、轻量化和高性能化迅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，对用作这些产品的能量来源的二次电池的性能改进的需求日益增长。对于满足这些要求的二次电池，正在对使用硫类材料作为正极活性材料的锂硫电池进行大量研究。

锂硫电池是使用含有硫-硫键的硫类化合物作为正极活性材料并且使用诸如锂的碱金属或发生诸如锂离子的金属离子的嵌入/脱嵌的碳类材料作为负极活性材料的二次电池。

特别地，锂硫电池的理论放电容量为1675mAh/g，理论能量密度为2600Wh/kg，是目前正在研究的锂离子电池的理论能量密度(约570Wh/kg)的约5倍。因此，锂硫电池是一种能够实现高容量、高能量密度和长寿命的电池。此外，因为作为正极活性材料的主要材料的硫具有低的原子量、资源非常丰富并因此容易供应和接收，并且价格便宜、没有毒性而且对环境友好，所以锂硫电池作为诸如电动车辆的中大型设备以及便携式电子设备的能量来源而备受关注。

这种锂硫二次电池使用锂金属作为负极，因此为了保护锂金属负极，向电解液中加入添加剂，相应地，通过添加剂与锂金属的反应来形成固体电解质界面(SEI层)。然而，在这种锂硫二次电池中，当反复充电和放电时，负极上的固体电解质界面(SEI层)被破坏并且锂金属被暴露，结果，电池效率急剧下降，并且放电容量下降，从而导致电池劣化。

为了防止对负极的固体电解质界面(SEI层)的这种破坏，如果增加作为电池成分的能够简单地形成和恢复固体电解质界面(SEI层)的材料(添加剂)的含量，则添加剂可能在电池中起到电阻的作用，从而导致能量密度降低和寿命缩短。

因此，为了防止对固体电解质界面的破坏并且将固体电解质界面(SEI层)保持在恒定水平，需要一种即使在锂硫二次电池的运行期间将能够形成和恢复固体电解质界面(SEI层)的材料的含量也保持在恒定水平的方法。

[现有技术文献]

[专利文献]

(专利文献1)韩国特开专利公布第10-2007-0008405号(2007年1月17日)，“含有用于控制性地释放添加剂的胶囊的锂二次电池(Lithium Secondary Battery ContainingCapsule for Controlled-release of Additives)”

发明内容

技术问题

因此，在本发明中，发现了关于锂硫二次电池的负极，当使用包含含有水凝胶和能够形成和恢复固体电解质界面(SEI层)的材料的核以及由围绕所述核的聚合物制成的壳的胶囊作为锂硫二次电池用添加剂，以即使在锂硫二次电池的运行期间将能够与锂金属反应以在负极上形成和恢复固体电解质界面(SEI层)的材料(添加剂)也保持在恒定水平时，能够通过即使在锂硫二次电池的运行期间也防止对负极上的固体电解质界面(SEI层)的破坏并因此防止锂金属暴露于电解液来抑制电池效率突然下降和放电容量下降，从而完成了本发明。