[發明專利]可充電電化學鋰離子電池單元

有效

• 申請號: 201611078428.3
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN107437609B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: C·皮特羅德
• 申請（專利權）人: 巴萊諾斯清潔能源控股公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 彭立兵;林柏楠

本發明涉及可充電電化學鋰離子電池單元(1)，其包含正極(2)、負極(4)，所述正極包含任選初始包含量Q1的活性鋰的第一活性材料，所述負極(4)包含第二活性材料，并且具有其上能夠形成SEI鈍化層的表面，以及用于鋰離子的電解質。面對正極(2)，負極(4)包含選擇厚度和穿孔圖樣以構成量Q2的鋰的穿孔鋰片(8)，其中由穿孔鋰片(8)提供的鋰的量Q2和當第一活性材料初始包含活性鋰時由正極的第一活性材料初始提供的活性鋰的量Q1構成足夠平衡電池單元(1)的鋰的必須量。

技術領域

本發明涉及可充電電化學鋰離子電池單元(battery cell)，其包含正極、負極，所述正極包含任選初始包含量Q1的活性鋰的第一活性材料，所述負極包含第二活性材料，并且具有其上能夠形成SEI(solid electrolyte interphase，固體電解質界面)鈍化層的表面，以及用于鋰離子的電解質。本發明還涉及用于制備這樣的電化學單元(cell)的方法以及包含這樣的電化學單元的可充電鋰離子電池(battery)。

背景技術

這樣的電化學單元傳統上用于形成可充電鋰離子電池。鋰離子電池是使用離子形式的鋰的電化學發電裝置。其涉及通過鋰離子在正極和負極之間的可逆交換得到的電。這些正極和負極包含活性材料，其為能夠嵌入(insert)/脫嵌(disinsert)鋰或與其形成合金的嵌入材料(intercalation material)。在充電期間，鋰離子通過通常基于鋰化氧化物(lithiated oxide)的正極的氧化脫離(disintercalate)，并且通過電解質，一種離子傳導劑，遷移至通常基于碳材料并且通過這些離子的嵌入而還原的負極。同時，在正極處釋放出的電子通過外部電路和負極再結合。在電池使用期間，即在放電期間，自發地發生相反的現象。該過程可以以相似的方式通過與鋰形成合金或將其破壞(例如當使用硅作為電池充電期間在此形成合金的負極的活性材料)進行。

在第一次嵌入負極材料或第一次與負極材料形成合金期間，一部分初始包含在正極中的活性鋰被以不可逆的方式被消耗。該不可逆性主要是由被稱為固體電解質界面(SEI)的鈍化層在負極表面上的形成引起的。SEI從電子的角度來看是半導電的，對于鋰離子是可滲透的，并且對于電解質的其他組分是不可滲透的。盡管其形成消耗鋰并且由此產生不可逆的容量，該保護層在此后的循環的正常工作中、特別是在負極和電解介質的隔離中起到了有益的作用。但是，SEI導致的鋰的不可逆消耗引起可獲得的活性材料的量的減少，并且因此引起電池可釋放的電流的量的減少。

為了解決這一問題，已經建議以金屬形式將鋰加入電化學單元以補償由被SEI消耗導致的鋰的損失。這允許活性材料的量再一次被平衡從而使得兩次氧化還原反應每一次釋放的電流的量接近。該添加的鋰例如可以以結合進單元、與電解質接觸但與其他兩個電極分開的次要電極的形式加入，如US 6,335,115專利所述。該方法具有該第三電極必須從最終產品中去除的缺點。這引起了構建問題和與在鋰化期間鋰的最均勻擴散相關的問題。另一個解決方案是添加穩定的鋰粉，如US 2009/0035663公開中所述。但是，鋰粉由于其顆粒的大表面積而通常是高反應性的。為了消除這一問題，在其表面上形成保護層(碳酸鹽、油)。在鋰化后，該保護層仍存在于單元中，增加了成品電池中的不希望和不必要的元素。另一解決方案是在電化學單元之外實施負極的預鋰化，如WO 96/32754公開所述。該方法具有在該步驟期間使用必須在單元組裝前洗滌的電解液的缺點。

發明概述

本發明的目的特別在于消除這些不同的缺點。

更準確地，本發明的目的在于建議一種可充電電化學鋰離子電池單元，其平衡在其操作期間得到保證。

本發明的另一目的是建議一種可充電電化學鋰離子電池單元，其允許將不初始包含充足量的鋰以確保電化學單元的平衡的材料或者甚至初始完全不含鋰的材料用作正極的活性材料。