[發明專利]鋰陽極保護層的非原位制備

在審

• 申請號: 201180063359.8
• 申請日: 2011-09-01
• 公開（公告）號: CN103262303A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: M.維格納;J.格里明格;M.滕策爾;T.洛曼
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/38;H01M4/40;H01M10/42;H01M4/134;H01M10/052;H01M4/1395;H01M10/058
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周鐵;林森

本發明涉及鋰電池陽極和/或鋰電池的制備方法以及這種陽極和鋰電池。

現有技術

對于傳統的鋰電池和鋰離子電池，在電池的拼合（組裝）之后立刻便已經在陽極上形成了電解質分解產物層。這種層可能含有無機和有機的成分并也被稱為固體-電解質-界面（SEI），其對于鋰（離子）電池的操作是不可避免的，因為通常電解質對于陽極在電化學上是不穩定的。通過老化，同樣如通過反復的電池充電和放電，該層被反復地破壞并在有害的位置再次形成，其中陽極以及電解質的活性材料被連續地消耗掉。在特定的程度上，由于這種作用損害了包含金屬鋰的陽極的功能方式。

除了消耗陽極材料和電解質，該層的繼續破壞會導致在有害的位置可能形成更多的樹枝狀晶體(Dendriten)，這可能不利地影響到整個電池的安全性。從長遠的角度，由此而使整個陽極表面形態變壞，從而可能降低陽極電容甚至使電池失靈。

發明內容

本發明的主題是鋰電池陽極和/或鋰電池的制備方法，其包括下列方法步驟：

a)將第一電解質施加到包含金屬鋰的陽極上而在該陽極上形成特別是包含電解質分解產物的第一保護層。

根據本發明，方法步驟a)是非原位（在待制備的鋰電池的外面）或者在拼合待制備的鋰電池的特別是陽極和陰極之前進行的。方法步驟a)特別是可以在拼合待制備的鋰電池的陽極、陰極和實際的電解質（下文稱為第二電解質）之前進行。

在本發明的范圍，鋰電池可以特別是指其陽極包含任選以合金形式的金屬鋰的原電池。

本發明的方法可以有針對性地在包含鋰的陽極上制備包含電解質分解產物的保護層（固體-電解質-界面（SEI））。這是通過有針對性地在電池組裝之前在陽極上產生保護層形成過程（通常在電池第一次充電和放電過程中進行）而實現的。其優點在于，包含電解質分解產物的第一保護層可以在另一方法步驟中被有效地穩定化和強化，以便在陽極上形成耐久的和堅固的保護層體系，這可以特別有利地影響到電池的電容、使用壽命和安全性。

在一個實施方式的范圍，該方法還包括下列方法步驟：

a1)將方法步驟a)的設置加熱到特別是≥30℃，例如≥50℃，例如60℃的溫度。這樣可以有利地幫助形成第一保護層。

在另一個實施方式的范圍，該方法還包括下列方法步驟：

b)將可聚合的和/或聚合物材料施加到第一保護層上而在第一保護層上形成第二保護層。

通過第二保護層可以進一步穩定第一保護層，并且保證陽極和隨后在鋰電池中使用的電解質之間緊密的、穩定的和耐久的分離。因此，可以有利地顯著提高陽極以及整個電池的使用壽命和安全性。甚至在整個電池較嚴重損壞的情況下，相比于具有傳統SEI保護層的陽極，這樣保護的陽極可以更好地被保護而免受外部的影響。

方法步驟b)也可以特別在拼合待制備的鋰電池的陽極和陰極，特別是陽極、陰極和實際的電解質（下文稱為第二電解質）之前進行。

在另一個實施方式的范圍，該方法還包括下列方法步驟：?b1)將方法步驟b)的設置例如用紫外線或者紅外線輻照來照射或者加熱，特別是為了可聚合材料的聚合作用。

因此，可以有利地幫助形成第二保護層。

在另一個實施方式的范圍，該方法還包括下列方法步驟：?c)將方法步驟a)、a1)、b)或b1)的陽極設置與陰極、第二電解質和任選一個或者多個其它電池構件拼合成鋰電池。

其中，其它的電池構件例如可以是隔膜、集流體、導電元件、絕緣元件、緊固件、填料元件(Verpackungselemente)和/或外殼元件。

第一電解質和/或第二電解質可以是液態或者固態電解質，特別是液態電解質。

在另一實施方式的范圍，第一和/或第二電解質包含至少一種溶劑，該溶劑選自碳酸酯類、內酯類、醚類（特別是環狀或非環狀醚）和它們的組合。

其中，所述碳酸酯例如可以是碳酸亞乙酯（EC）、碳酸亞丙酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）和/或碳酸亞乙烯基酯（VC），特別是碳酸亞乙酯（EC）、碳酸亞丙酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）和/或碳酸二乙酯（DEC）。

其中，所述內酯例如可以是γ-丁內酯（GBL）或者γ-丁內酯衍生物。