[發明專利]使用雙凹面電極顆粒減輕鋰蓄電池材料的機械降級有效

申請號：	201210178114.6	申請日：	2012-06-01
公開（公告）號：	CN102810661A	公開（公告）日：	2012-12-05
發明（設計）人：	S.K.瓦尼米塞蒂;R.納拉延勞	申請（專利權）人：	通用汽車環球科技運作有限責任公司
主分類號：	H01M4/13	分類號：	H01M4/13;H01M10/0525;H01M4/139;H01M10/058
代理公司：	中國專利代理(香港)有限公司 72001	代理人：	董均華
地址：	美國密***	國省代碼：	美國;US
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摘要：
搜索關鍵詞：	使用凹面電極顆粒減輕蓄電池材料機械降級
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及通過在電極的一部分或全部中包含雙凹面形顆粒來減少鋰蓄電池中的機械降級的方法，例如鋰蓄電池的電極材料。

背景技術

在此提供的背景說明是為了總體上介紹本發明背景的目的。當前所署名發明人的工作（在背景技術部分描述的程度上）和本描述中否則不足以作為申請時的現有技術的各方面，既不明顯地也非隱含地被承認為與本發明相抵觸的現有技術。

蓄電池電極活性材料的選擇包括這樣的考慮：例如包含蓄電池的特定裝置的期望能量或功率輸出和任何尺寸限制。在可再充電蓄電池的情況下，還考慮容量和倍率性能或者蓄電池接收和輸送電荷的數量以及速率。在電動車輛或其他高功率應用中，由于這些應用需要的擴展里程和高充電以及放電速率，容量和倍率性能（rate?capability）兩者都是主要優先級。

關于鋰蓄電池，由于在新蓄電池的初始充電和放電循環之后存在“初始循環不可逆性”或者可用鋰的5-50％損失，因而存在容量和倍率性能的損失。因而，初始循環不可逆性降低蓄電池對于隨后充電和放電的存儲和輸送容量。這引起隨后充電和放電循環的容量的顯著降低。為了補償初始循環不可逆性和存儲容量的降低，蓄電池尺寸可能增加。然而，這些和其他補償具有缺陷。

在鋰離子蓄電池中，能量通過鋰離子擴散通過電解質從陽極到蓄電池中的陰極而供應。在充電和放電操作期間，鋰夾帶進出活性電極材料。由于機動車應用根據車輛類型具有變化的能量存儲和能量功率需求，因而在車輛操作期間加速度、功率需求和鋰的擴散或退回的速率變化。鋰的擴散，具體地其濃度梯度，造成在電極材料中的擴散引起的應力。據報道，這些應力損害電極材料，導致負責提供容量的鋰的截留；和電子和離子傳導性（這對于在電極材料內傳輸活性鋰是必要的）的降低。

發明內容

該部分提供本發明的總體概述，且不是其全部范圍或者其所有特征的詳盡公開。

在各個實施例中，本教導提供一種鋰蓄電池，在充電-放電循環期間在經受擴散引起的應力之后具有減少的機械降級。蓄電池包括陽極和陰極。陽極和陰極中的至少一個包括多個雙凹面形顆粒。

在本教導的其他方面，提供減輕鋰離子蓄電池中的機械降級的方法。由多個雙凹面形顆粒形成的至少一個電極設置在蓄電池殼體中。

在本教導的其他方面，提供減輕鋰蓄電池中的機械降級的方法。在充電或放電期間，鋰擴散或遷移通過形成電極的多個雙凹面形顆粒。在雙凹面形顆粒中，凸和凹表面的組合界定體積，這在鋰遷移進出活性材料時引起會聚和發散的鋰擴散前鋒。與具有單個表面曲率的常規使用顆粒相比，由于會聚和發散的擴散前鋒引起的靜應力導致存儲在每個顆粒中的較低彈性應變能量，且引起較少機械損害。

方案1.?一種在充電-放電循環引起的鋰擴散之后具有減少的機械降級的鋰蓄電池，包括：

陽極；和

陰極，其中，所述陽極和陰極中的至少一個包括多個雙凹面顆粒。

方案2.?根據方案1所述的鋰蓄電池，其中，所述雙凹面顆粒提供會聚鋰擴散和分散鋰擴散的組合，所述會聚鋰擴散提供鋰的會聚擴散通量，所述分散鋰擴散提供鋰的分散擴散通量。

方案3.?根據方案2所述的鋰蓄電池，其中，會聚鋰擴散通量和分散鋰擴散通量的組合導致減少的應力和彈性應變能量。

方案4.?根據方案1所述的鋰蓄電池，其中，每個雙凹面顆粒包括由環形外部界定的中心區域。

方案5.?根據方案4所述的鋰蓄電池，其中，所述環形外部具有的高度大于中心區域的高度。

方案6.?根據方案4所述的鋰蓄電池，其中，所述環形外部具有的高度是中心區域的高度的至少兩倍。

方案7.?根據方案4所述的鋰蓄電池，其中，所述環形外部提供會聚鋰擴散。

方案8.?根據方案4所述的鋰蓄電池，其中，所述中心區域提供分散鋰擴散和鋰的更快飽和，從而減少環形外部中的鋰濃度梯度。

方案9.?根據方案1所述的鋰蓄電池，其中，與具有與雙凹面顆粒相同體積的球形或圓柱形顆粒的鋰存儲速率相比，所述雙凹面顆粒在類似操作狀況下提供更快的鋰存儲速率。

方案10.?一種減輕鋰蓄電池中的機械降級的方法，包括：