CN113994500A - 双极锂二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个方面涉及一种双极锂二次电池，并且更具体地，涉及一种包含双极单元的双极锂二次电池，所述双极单元包含在其两个表面上形成有正极和负极的集电器，所述双极锂二次电池通过附着到所述集电器的边缘的聚合物膜将与具有不同极性的电极相邻的电解液分隔开，并且阻止所述分隔开的电解液的移动，可以防止自放电和旁路电流的产生。

Description

双极锂二次电池
技术领域
本申请要求基于2019年6月14日提交的韩国专利申请第10-2019-0070374号和2020年6月11日提交的韩国专利申请第10-2020-0070651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双极锂二次电池，所述双极锂二次电池包含其中具有不同极性的电极层形成在集电器的两侧上的双极单元。
背景技术
与不能充电的一次电池不同，二次电池为能够充电和放电的电池。低容量二次电池被用于诸如移动电话、笔记本电脑或便携式摄像机的便携式电子装置中，并且高容量二次电池被广泛用作驱动混合动力车辆等中的电动机的电源。
最近，已经开发了使用非水电解液的具有高能量密度和高功率的高容量二次电池。通过将多个二次电池串联连接来构造具有高能量密度和高功率的高容量二次电池，以使得它们可以用于驱动需要电力的设备，如电动车辆中的电动机等。
这些二次电池可以包含在集电器的两侧上的涂布有具有相同极性的活性材料的普通单极电极或在集电器的两侧上的涂布有具有不同极性的活性材料的双极电极。
应用了普通单极电极的二次电池包含其中形成有用于连接电极的连接部的结构，但是这种结构会引起由于该连接部的电阻而导致输出降低的问题。双极电极是可以通过在没有这样的连接部的情况下堆叠电极而使用的电极，从而将连接电阻减到最低限度。
同时，在包含双极电极的双极二次电池的情况下，密封电解液以防止在堆叠的双极电极之间的泄漏是非常重要的，并且同时，还需要减小双极二次电池的厚度。
一般，使用垫圈进行密封以防止电解液的泄漏，但是存在以下问题，即难以制造具有1mm以下的厚度的垫圈，并且如果垫圈的厚度太大，那么存在双极电极之间的空隙变大，并且因此相对于体积的输出降低的问题。
此外，在双极电极中，当与具有不同极性的电极相邻的电解液移动并且混合时，可能发生自放电和旁路电流，并且因此，需要开发能够防止这样的问题的技术。
[现有技术文献]
(专利文献1)
日本专利公开第2005-190713号
发明内容
【技术问题】
因此，本公开内容的一个方面的发明人已经确认了，在包含其中正极和负极堆叠在一个集电器的两侧上的双极单元的电池中，当将聚合物膜附着到集电器的边缘时，能够通过该聚合物膜而防止与正极和负极相邻的电解液的移动和混合，从而能够防止自放电和旁路电流的产生。
因此，本公开内容的一个方面的目的在于提供一种防止自放电和旁路电流产生的双极锂二次电池。
【技术方案】
为了实现上述目的，本公开内容的一个方面提供一种双极锂二次电池，所述双极锂二次电池包含
集电器；
以围绕所述集电器的边缘的形式附着的聚合物膜；
电极层，其包含形成在所述集电器的两侧上的正极和负极；
分别形成在所述正极和所述负极上的第一隔膜和第二隔膜；和
容纳在所述第一隔膜与所述第二隔膜之间的电解液，
其中所述容纳在所述第一隔膜与所述第二隔膜之间的电解液被所述聚合物膜分隔开。
【有益效果】
根据本公开内容的一个方面，在包含其中正极和负极分别形成在一个集电器的两侧上的双极单元的锂二次电池中，由于分别与正极和负极相邻的电解液被附着到集电器边缘的聚合物膜分隔开，因此可以防止分隔开的电解液之间的移动和混合，从而防止自放电和旁路电流的产生。
此外，在根据本发明的锂二次电池的情况下，包含正极和负极的单元电池可以通过双极单元中包含的集电器在电池中串联连接，从而降低辅助材料的重量和体积，从而确保较高的能量密度。
附图说明
图1为示出根据本发明的一个实施方式的双极锂二次电池的横截面的示意图。
图2为示出根据比较例1的锂硫二次电池的横截面的示意图。
图3为示出根据比较例2的双极锂硫二次电池的横截面的示意图。
图4为分别在比较例1和比较例2中制备的锂硫二次电池的放电容量的测量结果的图。
图5为分别在比较例1和实施例1中制备的锂硫二次电池的放电容量的测量结果的图。
图6为示出在实施例1的双极锂硫二次电池中的集电器的两侧上形成的负极和正极的横向截面的照片。
具体实施方式
在下文中，将更详细地描述本发明以帮助理解本发明。
在此所用的术语“双极单元”可以为在一个集电器的两侧上包含含有具有不同极性的活性材料的电极层的单元，并且例如，所述双极单元可以为包含形成在集电器的两侧上的正极和负极以及集电器的单元。
在本说明书中使用的术语“正极”和“负极”可以分别指正极活性材料层和负极活性材料层。一般而言，正极包含正极集电器和正极活性材料层，并且负极包含负极集电器和负极活性材料层，但是根据本发明的双极单元中包含的“正极”和“负极”可以指与集电器分开形成的正极活性材料层和负极活性材料层。
在此所用的术语“单元电池”是指包含正极、负极和置于它们之间的隔膜的结构。
在此所用的术语“双极锂二次电池”是指包含至少一个如上定义的“双极单元”的锂二次电池。
双极锂二次电池
本公开内容的一个方面涉及一种双极锂二次电池，所述双极锂二次电池包含其中包含具有不同极性的活性材料的电极层形成在一个集电器的两侧上的双极单元。
在下文中，将参照附图更详细地描述本公开内容的一个方面。
图1为示出根据本发明的一个实施方式的双极锂二次电池的横截面的示意图。所述横截面可以为纵向截面。
参照图1，双极锂二次电池1包含集电器110和形成在集电器110的边缘上的聚合物膜120，并且具有不同极性的电极层，即正极320和负极210可以分别堆叠在集电器110的两侧上。如上文所述，通过在一个集电器110的两侧上形成作为具有不同极性的电极层的正极320和负极210而构造的结构可以被称为双极单元(B/U)。此时，集电器110也可以被称为电流路径。
此外，第二隔膜230、正极220和正极集电器221可以依次堆叠在形成在集电器110的一侧的负极210上，并且这被称为第二单元电池200。
此外，第一隔膜330、负极310和负极集电器311可以依次堆叠在形成在集电器110的另一侧的正极320上，并且这被称为第一单元电池300。
双极锂二次电池1可以具有其中第二单元电池200和第一单元电池300在电池内部串联连接，并且具体地通过集电器110串联连接的形式。
此外，双极锂二次电池1可以包含注入其中的电解液400。
此外，隔膜330和隔膜230可以具有等于集电器110和聚合物膜120的横向截面的尺寸之和的横向截面尺寸(面积)。此外，隔膜330和隔膜230的横向截面的尺寸(面积)可以大于正极220和正极320以及负极210和负极310的横向截面的尺寸。当如上所述限定双极锂二次电池1中包含的各部件的横向截面的尺寸时，包含在隔膜330与隔膜230之间的电解液400可以被聚合物膜120分隔开。
因此，以围绕集电器110的边缘的形式附着的聚合物膜120可以将容纳在隔膜230与隔膜330之间的电解液分隔开，从而分成第一电解液420和第二电解液410。具体地，第一电解液420可以以由聚合物膜120、正极320和第一隔膜330包围的形式包含，并且第二电解液410可以以由聚合物膜120、负极210和第二隔膜230包围的形式包含。此时，第一电解液420是指与正极320接触的电解液并且也可以被称为正极侧的电解液，并且第二电解液410是指与负极210接触的电解液并且也可以被称为负极侧的电解液。
第一电解液420和第二电解液410被聚合物膜120分隔开以防止它们相互移动，从而防止在这些电解液混合时可能发生的自放电和旁路电流。
在本公开内容的一个方面，所述聚合物膜可以用于防止与形成在双极锂二次电池中的集电器的两侧上的正极和负极相邻的电解液的移动和混合。具体地，当负极为含有锂金属的锂负极时，可以防止从负极溶解到电解质中的锂离子(Li+)通过电解液从负极移动到正极。此外，当正极为含有硫的正极时，可以防止从正极溶解到电解液中的多硫化物通过电解液从正极移动到负极。
如上文所述，聚合物膜将正极侧的电解液和负极侧的电解液物理地分隔开以防止锂离子通过电解液移动。因此，所述聚合物膜不受特别限制，只要其不溶解在电解液中并且不允许电解液渗透即可。
例如，所述聚合物膜可以为包含非多孔膜的单层膜或通过将非多孔膜和多孔膜层压而形成的层压膜。
非多孔膜可以具有30％以下、20％以下或10％以下的孔隙率。如果非多孔膜的孔隙率大于30％，那么锂离子会顺利地移动，从而产生旁路电流。此外，在正极中含有硫的锂硫二次电池的情况下，多硫化锂(LiPS)从正极中溶出，然后流入负极中，从而在双极单元中包含的正极与负极之间引起直接反应。此外，非多孔膜的孔隙率可以优选大于0％。
在以其他方式表示非多孔膜的孔隙率的情况下，其可以被定义为作为透气率的量度的葛尔莱数(Gurley number)。例如，非多孔膜的葛尔莱数可以为1000[s/100cc]以上、2000[s/100cc]以上、3000[s/100cc]以上、4000[s/100cc]以上、5000[s/100cc]以上、6000[s/100cc]以上、7000[s/100cc]以上、8000[s/100cc]以上、9000[s/100cc]以上或10000[s/100cc]以上。葛尔莱数的上限可以为15000[s/100cc]以下，但是不限于此。葛尔莱数意味着该数越大，则材料越难以渗透。如果葛尔莱数小于1000[s/100cc]，那么在被非多孔膜分隔开的电解液之间可以相互移动，从而产生旁路电流和自放电。
此外，多孔膜不受特别限制，只要其为通常用作锂二次电池用隔膜的多孔膜即可。
例如，多孔膜可以具有大于30％、70％以下，具体地大于30％、35％以上、40％以上或45％以上、并且55％以下、60％以下、65％以下或70％以下的孔隙率。
此外，非多孔膜和多孔膜可以通过规定的孔隙率和/或葛尔莱数来区分。用于非多孔膜和多孔膜的材料可以为相同的或不同的，并且可以包含选自由聚烯烃、纤维素和含氟树脂构成的组中的一种以上。聚烯烃可以包含选自由聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚戊烯、聚己烯和聚辛烯构成的组中的一种以上。
此外，聚合物膜可以应用于所有类型的双极锂二次电池。具体地，由于聚合物膜用于物理地防止溶解到电解液中的锂离子的移动，因此与其中锂离子插入到正极活性材料中(锂化或脱锂、Li+插入或嵌入)的电池相比，在其中当锂离子溶解到电解液中时进行反应的转换型二次电池中，所述聚合物膜还可以更有效地防止自放电和旁路电流的发生。作为转换型二次电池，可以例示锂硫二次电池。
在本公开内容的一个方面，所述正极可以包含正极活性材料层，所述正极活性材料层包含正极活性材料、粘结剂和导电材料。
正极活性材料可以包含硫，并且具体地，硫可以选自由元素硫(S8)、硫化合物和硫碳复合物构成的组。硫化合物具体地可以为Li2Sn(n≥1)、有机硫化合物或碳硫聚合物((C2Sx)n：x＝2.5～50，n≥2)。
一般而言，在正极中含有硫的电池可以为锂硫二次电池，并且因此，根据本公开内容的一个方面的双极锂二次电池可以为双极锂硫二次电池。
基于正极活性材料层的总重量，可以包含60重量％～95重量％的量的正极活性材料，并且具体地，正极活性材料的含量为60重量％以上、65重量％以上或70重量％以上、并且85重量％以下、90重量％以下或95重量％以下。如果正极活性材料的含量小于上述范围，那么电池的性能可能会劣化。如果正极活性材料的含量超过上述范围，那么除正极活性材料以外的导电材料或粘结剂的含量可能会相对减少，从而使诸如导电性或耐久性的特性劣化。
此外，粘结剂可以为苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)/羧甲基纤维素(CMC)、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮、烷基化聚环氧乙烷、交联聚环氧乙烷、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯和聚偏二氟乙烯的共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯吡啶、聚苯乙烯、聚丙烯酸、或它们的衍生物、共混物或共聚物等。
此外，基于正极活性材料层的总重量，粘结剂的含量可以为1重量％～20重量％，具体地为1重量％以上、3重量％以上或5重量％以上、并且15重量％以下、18重量％以下或20重量％以下。如果粘结剂的含量小于上述范围，那么正极活性材料之间或正极活性材料与集电器之间的粘结力可能会大大下降，并且可能出现以下问题，即容量特性可能会劣化，并且多硫化物与用作粘结剂的聚合物链的特定官能团之间的相互作用会减弱，并且因此，多硫化物可能会溶出。如果粘结剂的含量超过上述范围，那么电池的容量可能会降低。
导电材料不受特别限制，但是例如例如可以为石墨，如天然石墨或人造石墨；炭黑类，如炭黑(Super-p)、乙炔黑、科琴黑(Ketjen black)、槽法炭黑、炉黑、灯黑、热裂法炭黑和DENKA炭黑(Denka black)；导电纤维，如碳纤维或金属纤维；氟化碳；金属粉末如铝粉末和镍粉末；导电晶须，如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，如钛氧化物；或导电材料，如聚亚苯基衍生物。基于正极活性材料层的总重量，导电材料通常可以以0.05重量％～10重量％的量存在。具体地，导电材料的含量可以为0.05重量％以上、1重量％以上、3重量％以上或5重量％以上、并且8重量％以下、9重量％以下或10重量％以下。
此外，正极集电器不受特别限制，只要其具有高导电性而不会引起相关电池中的化学变化即可，并且例如，可以使用不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或用碳、镍、钛、银等进行了表面处理的铝或不锈钢。在这种情况下，正极集电器可以以各种形式形成，如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫或无纺布，其在表面上形成有微细的凹凸以增强与正极活性材料的粘结力。
在本公开内容的一个方面，负极可以包含锂金属或锂合金。
可选地，负极可以包含负极活性材料、粘结剂和导电材料。负极活性材料可以包含能够可逆地嵌入或脱嵌锂离子(Li+)的材料、能够与锂离子反应而可逆地形成含锂化合物的材料、锂金属或锂合金。能够可逆地嵌入或脱嵌锂离子(Li+)的材料例如可以为结晶碳、无定形碳或其混合物。能够与锂离子(Li+)反应而可逆地形成含锂化合物的材料例如可以为氧化锡、硝酸钛或硅。锂合金例如可以为锂(Li)与选自由钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、镭(Ra)、铝(Al)和锡(Sn)构成的组中的金属的合金。
此外，粘结剂和导电材料可以由上述正极中使用的材料构成。
此外，负极集电器可以为铜、不锈钢、铝、镍、钛或烧结碳，或用碳、镍、钛、银等进行了表面处理的铝或不锈钢。
在本公开内容的一个方面，隔膜为具有物理分离电极的功能的物理隔膜。可以使用任何隔膜而没有任何特别限制，只要其被用作常规隔膜即可。特别是，在对电解液的离子迁移表现出低阻力的同时具有优异的电解液保湿能力的隔膜是优选的。
此外，在将正极和负极彼此分离或绝缘的同时，隔膜使得能够在正极与负极之间传输锂离子。所述隔膜可以由具有30％～50％的孔隙率的多孔、不导电或绝缘的材料制成。
具体地，可以使用多孔聚合物膜，例如由诸如乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物等聚烯烃类聚合物制成的多孔聚合物膜，并且可以使用由具有高熔点的玻璃纤维等制成的无纺布。在它们当中，优选使用多孔聚合物膜。
如果将聚合物膜用于缓冲层和隔膜这两者，那么电解液的浸渗量和离子导电特性会降低，并且降低过电压和改善容量特性的效果会变得不显著。相反，如果将无纺布材料用于缓冲层和隔膜这两者，那么可能无法确保机械刚度，并且因此会发生电池短路的问题。然而，如果将膜型隔膜和聚合物无纺布缓冲层一起使用，那么由于采用了缓冲层，因此在确保电池性能的改善效果的同时还可以确保机械强度。
根据本发明的一个优选的实施方式，使用乙烯均聚物(聚乙烯)聚合物膜作为隔膜，并且使用聚酰亚胺无纺布作为缓冲层。在这种情况下，聚乙烯聚合物膜优选具有10μm～25μm的厚度和40％～50％的孔隙率。
在本公开内容的一个方面，电解液可以为非水电解液，并且所述非水电解液中所含的电解质盐为锂盐。所述锂盐可以不受限制地使用，只要其通常用于锂二次电池用电解液中即可。例如，锂盐可以为选自由LiFSI、LiPF6、LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiPF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂和四苯基硼酸锂构成的组中的至少一种。
作为非水电解液中所含的有机溶剂，可以不受限制地使用锂二次电池用电解液中通常使用的有机溶剂，并且例如，醚、酯、酰胺、链状碳酸酯、环状碳酸酯等可以单独使用或以其中两种以上的组合使用。在它们当中，可以代表性地包含作为环状碳酸酯、链状碳酸酯或其混合物的碳酸酯类化合物。
环状碳酸酯化合物的具体实例可以为选自由碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸1,2-亚丁酯、碳酸2,3-亚丁酯、碳酸1,2-亚戊酯、碳酸2,3-亚戊酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯和其卤化物构成的组中的至少一种或其中两种以上的混合物。这样的卤化物的实例包含但不限于氟代碳酸亚乙酯(FEC)等。
此外，链状碳酸酯化合物的具体实例可以为但不限于选自由碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯和碳酸乙丙酯构成的组中的至少一种或其中两种以上的混合物。特别是，作为碳酸酯类有机溶剂中的环状碳酸酯的碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯是具有高介电常数的高粘性有机溶剂，从而使得电解质中的锂盐可以更容易解离。如果将这样的环状碳酸酯与诸如碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的具有低粘度和低介电常数的链状碳酸酯以适当的比例混合，那么可以制备具有较高电导率的电解液。
此外，有机溶剂中的醚可以为但不限于选自由二甲醚、乙醚、二丙醚、甲基乙基醚、甲基丙基醚和乙基丙基醚构成的组中的至少一种或其中两种以上的混合物。
此外，有机溶剂中的酯可以为但不限于选自由乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、γ-己内酯、σ-戊内酯和ε-己内酯构成的组中的至少一种或其中两种以上的混合物。
可以在电化学装置的制造过程的适当阶段进行非水电解液的注入，这取决于制造过程和最终产品的所需性能。也就是说，可以在组装电化学装置之前或在组装电化学装置的最后阶段进行非水电解液的注入。
在根据本公开内容的一个方面的锂二次电池的情况下，除了作为一般工序的卷绕工序之外，还可以进行隔膜和电极的层压或堆叠和折叠工序。
此外，电池壳的形状不受特别限制，并且可以为各种形状，如圆筒形、层压形、方形、袋形或硬币形。这些电池的结构和制造方法是本领域众所周知的，并且因此，将省略其详细描述。
此外，锂二次电池可以根据所使用的正极/负极材料而分为各种电池，如锂硫电池、锂空气电池、锂氧化物电池和锂全固态电池。
此外，本公开内容的一个方面提供一种电池模块，其包含所述锂二次电池作为单元电池。
所述电池模块可以用作需要高温稳定性、长循环特性和高容量特性的中型或大型装置的电源。
所述中型或大型装置的实例可以包含但不限于由电动机驱动和移动的电动工具；电动汽车，其包含电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)等；电动摩托车，其包含电动自行车(E-bike)和电动踏板车(E-scooter)；电动高尔夫球车；和蓄电系统。
在下文中，将描述本发明的优选实施例以帮助对本发明的理解。然而，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，以下实施例对本发明而言是说明性的，并且可以在本发明的范围和主旨内进行各种变化和修改，并且此外，自然地，这样的变化和修改落入所附权利要求的范围内。
实施例1
将作为非多孔膜的具有20％的孔隙率的PE膜(聚乙烯，厚度20μm)作为聚合物膜附着到作为集电器的Cu箔(LS Cable&System公司，厚度20μm)的边缘。
之后，以如下方式在集电器的上表面和下表面上形成正极和负极。
为了形成正极，通过将硫碳复合物、导电材料和粘结剂以90:5:5的重量比混合并且将它们溶解在水中来制备具有20％的浓度(基于固体成分的浓度)的正极浆料。使用棒涂法将所述正极浆料涂布在集电器的顶部表面上，然后在50℃下干燥2小时以形成正极。使用辊压机将干燥的正极压延以使孔隙率为65％。此时，通过将硫和碳以70:30的重量比混合并且在155℃下进行热处理来制备所述硫碳复合物，其中使用具有300m2/g的比表面积和30μm的粒径的碳纳米管(CNT)作为碳。此外，使用气相生长碳纤维(VGCF)作为导电材料，并且使用聚偏二氟乙烯(PVDF)作为粘结剂。
作为负极，将锂箔附着到集电器的下部表面。此时，使用辊压机压制并且附着锂箔。
此外，将第一隔膜和第二隔膜堆叠在正极和负极上。作为第一隔膜和第二隔膜这两者，均使用具有20μm的厚度和45％的孔隙率的聚乙烯隔膜。
之后，将锂负极和作为负极集电器的Cu箔依次堆叠在形成在正极上的第一隔膜上，并且将正极和作为正极集电器的铝箔依次堆叠在形成在负极上的第二隔膜上。此时，作为正极和负极，以相同的方式形成与上述相同类型的正极和负极。
之后，将电解液注入到壳体中以制造锂硫二次电池。此时，所述电解液是通过将双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)以3.0M的浓度溶解在有机溶剂中而制备的，并且所述有机溶剂是通过将丙腈(第一溶剂)和1H,1H,2'H,3H-十氟二丙基醚(第二溶剂)以3:7的重量比(w/w)混合而获得的溶剂。
在实施例1中，将包含正极、负极和隔膜的两个单元电池通过附着有聚合物膜的集电器在内部串联连接。
比较例1
如图2中所示，在将正极220、隔膜230、负极210和作为负极集电器211的铜箔依次堆叠在作为正极集电器221的铝箔上之后，将电解液400注入到壳体中以制造单元电池200。此时，正极集电器、正极、隔膜、负极和负极集电器的构造和形成方法与实施例1中相同。此时，未将聚合物膜附着到正极集电器221和负极集电器211。
通过将两个单元电池在外部串联连接来制造锂硫二次电池(图2)。
比较例2
除了未将聚合物膜附着到集电器的边缘以外，以与实施例1中的方式相同的方式制备双极锂硫二次电池。在比较例2中，将包含正极、负极和隔膜的两个单元电池通过集电器串联连接(图3)。
实验例1：对锂硫二次电池的性能的改善效果的分析
对分别在实施例1以及比较例1和比较例2中制备的锂硫二次电池的性能进行了实验。实施例1是包含在其边缘附着有聚合物膜的集电器的双极锂硫二次电池(通过在其边缘附着有聚合物膜的集电器将两个单元电池在电池内部串联连接而形成的形式)，比较例1是其中两个单元电池从电池的外部串联连接的锂硫二次电池，并且比较例2是包含没有如实施例1中那样附着有聚合物膜的集电器的双极锂硫二次电池。
将分别在实施例1以及比较例1和比较例2中制备的锂硫二次电池以0.1C放电以测量放电容量。
图4为分别在比较例1和比较例2中制备的锂硫二次电池的放电容量的测量结果的图，并且图5为分别在比较例1和实施例1中制备的锂硫二次电池的放电容量的测量结果的图。
参照图4，确认了与其中两个单元电池从外部串联连接的比较例1相比，在如比较例2中那样构造双极锂硫二次电池而未将聚合物膜附着到集电器的边缘的情况下，当重复充电/放电时，由于旁路电流的产生而发生自放电，从而降低放电容量。
参照图5，可以看出的是，与其中两个单元电池从电池的外部串联连接的比较例1相比，在其中两个单元电池通过附着有聚合物膜的集电器在电池内部串联连接的实施例1的情况下，放电容量的降低小。
图6为示出在实施例1的双极锂硫二次电池中的集电器的两侧上形成的负极和正极的横向截面的照片。
如图6中所示，在观察实施例1中的双极锂硫二次电池的负极的横向截面的照片时，可以确认负极和附着到堆叠在所述负极上的集电器的边缘的聚合物膜。在观察正极的照片时，可以识别出正极和聚合物膜。由此，可以看出的是，正极和负极由于附着到集电器边缘的聚合物膜而被分离，并且还可以看出的是，由于该结构，因此可以在电池的实际操作期间阻止电解液中的Li+离子和多硫化物的移动。
在上文中，尽管已经通过有限的实施方式和附图描述了本发明，但是本发明不限于此，并且对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在本发明的技术主旨和下文所述的权利要求的等同范围内进行各种修改和变化。
[标号说明]
1：双极锂二次电池
B/U：双极单元
110：集电器
120：聚合物膜
200：第二单元电池
300：第一单元电池
210、310：负极
211、311：负极集电器
220、320：正极
221：正极集电器
230：第二隔膜，330：第一隔膜
400：电解液
410：第二电解液，420：第一电解液

Claims (9)

1.一种双极锂二次电池，其包含
集电器；
以围绕所述集电器的边缘的形式附着的聚合物膜；
电极层，其包含形成在所述集电器的两侧上的正极和负极；
分别形成在所述正极和所述负极上的第一隔膜和第二隔膜；和
容纳在所述第一隔膜与所述第二隔膜之间的电解液，
其中所述容纳在所述第一隔膜与所述第二隔膜之间的电解液被所述聚合物膜分隔开。
2.根据权利要求1所述的双极锂二次电池，其中所述聚合物膜包含非多孔膜。
3.根据权利要求1所述的双极锂二次电池，其中所述聚合物膜为包含非多孔膜和多孔膜的层压聚合物膜。
4.根据权利要求2或3所述的双极锂二次电池，其中所述非多孔膜包含选自由聚烯烃、纤维素和含氟树脂构成的组中的至少一种。
5.根据权利要求2或3所述的双极锂二次电池，其中所述非多孔膜具有30％以下的孔隙率。
6.根据权利要求1所述的双极锂二次电池，其中所述电极层中的所述正极包含选自由元素硫(S8)、硫化合物和硫碳复合物构成的组中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的双极锂二次电池，其中所述电极层中的所述负极包含锂金属或锂合金。
8.根据权利要求1所述的双极锂二次电池，其中所述电解液被所述聚合物膜分隔开以防止它们相互移动。
9.根据权利要求1所述的双极锂二次电池，其中所述电解液被所述聚合物膜分隔开，并且所述电解液被分隔为与所述正极相邻的电解液和与所述负极相邻的电解液，并且其中通过所述聚合物膜防止所述与所述正极相邻的电解液中所含的多硫化物和所述与所述负极相邻的电解液中所含的锂离子的相互移动。
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