[發明專利]用于鋰離子蓄電池的預鋰化的溶液

在審

• 申請號: 201580037618.8
• 申請日: 2015-06-12
• 公開（公告）號: CN106797051A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: C·I·斯蒂芬;I·圖魯寇諾娃;G·羅伯特斯
• 申請（專利權）人: 安普瑞斯股份有限公司
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/0568;H01M10/052
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 李躍龍

相關申請的交叉引用

本申請要求2014年6月12日提交的美國臨時專利申請號62/011358和2015年6月10日提交的美國專利申請號14/736159的優先權，通過引用將其以其全文并且出于所有目的并入本文。

發明背景

發明領域

本發明一般涉及鋰離子電化學電池，更具體涉及用于對其預鋰化的材料和方法。

鋰離子蓄電池通過由正電極驅動鋰離子到負電極存儲能量，并且蓄電池通過將鋰離子從負電極轉移到正電極釋放能量。蓄電池中的一些鋰離子參與防止它們有助于蓄電池的能量存儲容量的副反應。例如，形成在負電極和正電極上的鈍化電解質膜(它們通常被稱為固體電解質相間(SEI)膜)是耗鋰副反應的結果。可以減少可用于能量存儲的鋰數量的其他現象包括反應諸如永久俘獲負電極中的鋰離子。這在當禁止蓄電池電壓下降到足夠低至放電以釋放在負電極中存儲的全部鋰時可發生。

這樣的副反應通常在蓄電池的第一個循環中具有其最大的影響，對于各種蓄電池化學，第一循環的效率一般下降到70％-95％。副反應持續整個蓄電池的循環壽命；而對于大多數應用來說，遠遠高于99％的第一循環后的效率是所需的。在副反應中的鋰離子的反應具有降低蓄電池的初始容量和降低蓄電池的循環壽命的不希望的影響。

庫侖效率是特定循環中放電容量與充電容量的比率。硅基負電極是所期望的，因為它們每單位重量可以存儲更多的鋰(相比碳基負電極)，該硅基負電極因副反應和鋰俘獲效應而通常在初始循環中具有低的庫侖效率。

典型地，完全通過含鋰的陰極活性材料供給鋰離子電池中的鋰存量。可以將額外正電極材料加入到電池以補償副反應和消耗或俘獲鋰離子的其他現象。相比大多數負電極，每單位質量的大多數正電極存儲較少的鋰，并且添加額外的正電極材料減少電池的能量密度。

發明概述

在一個方面，提供了一種預鋰化溶液，其包含：溶劑，溶于溶劑中以形成預鋰化溶液的鋰基鹽，其中預鋰化溶液配置成在第一電壓下在含鋰正電極處電化學反應，并且其中可以在第二電壓及以上從正電極移除鋰，該第二電壓高于第一電壓。

在一些實施方案中，該預鋰化溶液還包括在第一電壓下不分解的離子傳導性鋰基鹽。離子傳導性鋰基鹽的實例包括六氟磷酸鋰(LiPF₆)、雙-三氟甲磺酰亞胺鋰(LiTFSI)、雙(氟磺酰基)亞胺鋰(LiFSI)、四氟硼酸鋰(LiBF₄)、六氟砷酸鋰一水合物(LiAsF6)、高氯酸鋰(LiClO₄)、雙(草酸)硼酸鋰(LiBOB)、草酰基二氟硼酸鋰(LiODFB)、LiPF₃(CF2CF₃)₃(LiFAP)、LiBF₃(CF₂CF₃)₃(LiFAB)、LiN(CF₃SO₂)₂、LiN(C₂F₅SO₂)₂、LiCF₃SO₃、LiC(CF₃SO₂)₃、LiPF₄(CF₃)₂、LiPF₃(C₂F₅)₃、LiPF₃(CF₃)₃、LiPF₃(異-C₃F₇)₃、LiPF₅(異-C₃F₇)、具有環狀烷基的鋰鹽(例如(CF₂)₂(SO₂)_2xLi和(CF₂)₃(SO₂)_2xLi)、及其組合。組合的實例包括LiPF₆和LiBF₄、LiPF₆和LiN(CF₃SO₂)₂、LiBF₄和LiN(CF₃SO₂)₂。