[發明專利]預鋰化且碳涂覆的陽極活性材料

有效

• 申請號: 201680054034.6
• 申請日: 2016-09-05
• 公開（公告）號: CN108028368B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: P.弗馬;陳赟華;B.舒曼;E.張
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M10/052
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周鐵;楊思捷

本發明涉及制造用于鋰電池的陽極活性材料的方法。為了改進配備有通過該方法制造的陽極活性材料的鋰電池的循環行為，將陽極活性材料鋰化并用碳涂覆。此外，本發明涉及相應的陽極活性材料、化學氣相沉積裝置和鋰電池。

本發明涉及制造用于鋰電池的陽極活性材料的方法、陽極活性材料、化學氣相沉積裝置和鋰電池。

現有技術

硅是用于下一代鋰離子-電池組的最有希望的陽極材料之一，因為硅提供極高容量，其例如在相對于鋰大約0.4 V下為3670 mA/g并且可為石墨容量的大約十倍。

但是，基于納米硅的傳統陽極通常不具有良好的循環行為，因為在循環時硅經歷極端的體積變化。例如，硅在鋰化時可發生高達大約300 %的體積膨脹。

傳統上，在電池的第一次循環過程中或在陽極活性材料的第一次鋰化過程中，固體電解質界面層，所謂的SEI-層（SEI；英語：固體電解質界面）由該陽極材料的表面上的電解質分解產物形成。

在硅作為陽極活性材料的情況下，SEI-層可由電解質分解產物形成。但是，SEI-層在硅的情況下不穩定，并隨著繼續的體積膨脹而不斷破裂，并為所述電解質暴露出新的反應表面，這可能導致不斷的SEI-形成和最終導致形成具有許多裂縫和使該層在后續循環過程中易于破裂的其它缺陷的不均勻層。

印刷文獻US 2010/0173198 A1涉及具有預鋰化的陽極的二次鋰離子電池組。

印刷文獻UD 2007/0099084 A1涉及高容量（hochkapazitiv）電極及其制造方法。

印刷文獻US 2012/0100438 A1涉及含有高容量、多孔且由殼界定的活性材料的復合材料。

發明公開內容

本發明的主題是制造用于鋰電池的陽極活性材料的方法。

鋰電池可以被理解為特別是指電化學電池，例如電池組單元，例如二次或一次電池組單元，鋰參與其電化學反應。例如，鋰電池可以是鋰離子電池或鋰-硫-電池或鋰-氧-電池，例如鋰-空氣-電池。

在所述方法中，可以特別將陽極活性材料鋰化并用碳涂覆。例如，可以在該方法中（首先）將陽極活性材料鋰化并且（然后）將鋰化的陽極活性材料用碳涂覆。

在一個實施方案中，所述陽極活性材料包含硅。例如，該陽極材料可以由硅形成。

所述陽極活性材料可以例如以陽極活性材料顆粒的形式形成。在此，該陽極活性材料顆?？梢园杌蛴善湫纬?。例如，該陽極活性材料顆?？梢砸怨桀w粒的形式形成。在此特別地，可以將例如鋰化的陽極材料顆粒，例如硅顆粒用碳涂覆。

通過鋰化——這特別可以伴隨著鋰合金形成，該陽極活性材料，例如陽極活性材料顆粒，例如硅顆粒膨脹，以使得鋰化（并因此膨脹）的陽極活性材料，例如陽極活性材料顆粒，例如硅顆粒用碳涂覆。

該方法有利地使得能夠合成具有穩定化表面層的鋰化（并因此膨脹）的陽極活性材料，例如鋰化（并因此膨脹）的陽極活性材料顆粒，例如硅顆粒。有利地，可以由此提供如下陽極活性材料，其特別可以膨脹直至其最大體積，例如直至其體積的大約四倍，例如至其體積的3.75倍或更多，在完全鋰化的硅（Li_maxSi，例如其中(≥) 3.75 Li/Si，例如Li_3.75Si或Li_4.4Si）的情況下，并具有碳表面涂層。特別地，可以由此有利地提供陽極活性材料顆粒，例如硅顆粒，其特別可以膨脹直至其最大體積，例如直至其體積的大約四倍，例如至其體積的3.75倍或更多，在完全鋰化的硅（Li_maxSi）的情況下，并具有碳表面涂層。在此，該碳表面涂層可以有利地充當保護層和電解質-阻隔物以及此外賦予導電性。