[發(fā)明專利]電極活性材料的化學(xué)鋰化

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710754830.7
• 申請(qǐng)日: 2017-08-29
• 公開（公告）號(hào): CN107799726B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A.貢澤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/1395
• 分類號(hào): H01M4/1395;H01M10/0525;H01G11/50
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 段菊蘭;楊思捷

本發(fā)明涉及一種用于制備電化學(xué)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)（2）的方法，所述電化學(xué)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)（2）包括至少一個(gè)電極（21,22），特別是陽極，其包括至少一種預(yù)鋰化的電極活性材料（41，42）和至少一個(gè)集流體（31，32），其中所述電極活性材料（41,42）與式Li?R的有機(jī)鋰化合物反應(yīng)來進(jìn)行鋰化，其中R選自：?直鏈或支鏈，飽和或不飽和的，優(yōu)選飽和的具有5至12個(gè)碳原子的脂族或雜脂族烴基，其可以包含至少一個(gè)選自Si、S、N和O的雜原子，?具有5至12個(gè)碳原子的環(huán)脂族或雜環(huán)脂族烴基，其可以包含至少一個(gè)選自Si、S、N和O的雜原子，和?具有5至9個(gè)碳原子的芳族或雜芳族烴基，其可以包含至少一個(gè)選自Si、S、N和O的雜原子。

技術(shù)領(lǐng)域

常規(guī)的電化學(xué)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，例如鋰離子電池組，通常使用石墨作為陽極材料，其特征在于在第一次充電循環(huán)中具有良好的庫侖效率和低的電荷損失。鑒于對(duì)未來能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的要求，特別是在電動(dòng)領(lǐng)域，使用具有較高存儲(chǔ)容量的陽極材料是不可或缺的。硅顯示出這些期望的性能，但另一方面，具有比石墨更低的循環(huán)穩(wěn)定性。已知該效應(yīng)可以通過陽極材料的鋰化來抵消。

背景技術(shù)

US 5,543,021 A公開了一種制備預(yù)鋰化的含碳陽極材料的方法及其在能量存儲(chǔ)系統(tǒng)用電極中的用途。作為鋰化試劑，使用丁基鋰和萘鋰。在鋰化時(shí)生成的副產(chǎn)物以氣體或固體存在，因此在進(jìn)一步的方法中可能是有問題的。

US 7,776,473 B2公開了摻雜有鋰的硅和氧化硅的復(fù)合材料。該復(fù)合材料由氧化硅與金屬鋰的反應(yīng)制備。該反應(yīng)的速率控制的步驟是固體鋰緩慢擴(kuò)散到氧化硅中。

WO 2015/127290 A1描述了使用鋰化合物的含硅納米顆粒的表面改性和在鋰離子電池組中使用改性納米顆粒作為陽極材料。

本發(fā)明的目的是提供一種用于制備電化學(xué)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的方法，其特征尤其在于高存儲(chǔ)容量和循環(huán)穩(wěn)定性。在此，該方法尤其在安全方面應(yīng)避免現(xiàn)有技術(shù)的問題并且可采取簡單的手段實(shí)施。該目的通過下面描述的發(fā)明實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種用于制備電化學(xué)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的方法，所述電化學(xué)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)包括至少一個(gè)電極，特別是陽極，其包含至少一種預(yù)鋰化的電極活性材料和至少一個(gè)集流體，其中所述電極活性材料與通式為Li-R的有機(jī)鋰化合物反應(yīng)來進(jìn)行鋰化，其中R選自：

-直鏈或支鏈，飽和或不飽和的，優(yōu)選飽和的具有5至12個(gè)碳原子的脂族或雜脂族烴基，其可以包含至少一個(gè)選自Si、S、N和O的雜原子，

-具有5至12個(gè)碳原子的環(huán)脂族或雜環(huán)脂族烴基，其可以包含至少一個(gè)選自Si、S、N和O的雜原子，和

-具有5至9個(gè)碳原子的芳族或雜芳族烴基，其可以包含至少一個(gè)選自Si、S、N和O的雜原子。

本文使用的術(shù)語“預(yù)鋰化”作為同樣常用的術(shù)語“預(yù)鋰化”或英語術(shù)語“預(yù)鋰化”的同義詞使用。

本發(fā)明意義上的電化學(xué)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)是能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，其能量存儲(chǔ)原理基于鋰離子與能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電極的電極活性材料的相互作用，和任選地，以嵌入化合物或合金的形式并入該電極活性材料中。可以提及的實(shí)例特別是鋰（離子）電池組和混合型超級(jí)電容器。

本發(fā)明的電極活性材料包括硅基材料和碳基材料。

合適的含硅電極活性材料是無定形、微晶或納米晶硅和無定形、微晶或納米晶硅合金，其包含錫和/或鍺的合金成分。

合適的含碳電極活性材料是石墨、活性炭、碳納米管或石墨烯，及其混合物。

特別優(yōu)選地，所述電極活性材料是含硅材料，特別是無定形硅。該材料具有特別有利的高存儲(chǔ)容量。

本發(fā)明上下文中的脂族烴基或化合物是由碳和氫原子構(gòu)成的直鏈或支鏈、飽和或不飽和的化合物。雜脂族烴基或化合物另外包含至少一個(gè)選自Si、S、N和O的雜原子。