[發明專利]通過氣相沉積保形涂覆可充電鋰離子電池的鋰陽極

有效

• 申請號: 201810865440.1
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN109326770B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: M·蔡;劉芳;許鐸;盧云峰;肖強鳳
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司;加州大學評議會
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;楊思捷

提供了電化學電池的含鋰負極，以及制造這種含鋰負極的方法。所述方法包括在氣相沉積方法中將第一前體和第二前體沉積到包含鋰的負極材料的一個或多個表面區域上。第一前體和第二前體進行反應，在一個或多個表面區域上形成無機?有機復合物表面涂層。第一前體包含含有巰基的有機硅烷，第二前體包含無機硅烷。

引言

該部分提供與本公開相關的信息的背景，其不必然是現有技術。

本公開有關電化學電池的含鋰負極，以及通過將至少兩種不同前體在 包含鋰的負極材料的一個或多個表面區域上氣相沉積的方法來制造這種 含鋰負極的方法，其中所述前體進行反應，在一個或多個表面區域上形成 無機-有機復合物表面涂層。

像鋰離子電池這樣的高能量密度的電化學電池可用于各種消費品和 車輛中，例如混合電動車輛(HEV)和電子車輛(EV)。典型的鋰離子、 鋰硫和鋰鋰對稱電池包括第一電極、第二電極、電解質材料和隔膜。一個 電極充當正極或陰極，另一個充當負極或陽極。一疊電池單元可電連接以 增加總輸出。常規的可充電鋰離子電池通過在負極與正極之間可逆地來回 傳遞鋰離子運行。隔膜和電解質布置于負極與正極之間。電解質適合傳導 鋰離子，并且可以是固體形式(例如固態擴散)或液體形式。鋰離子在電 池充電過程中從陰極(正極)向陽極(負極)移動，在電池放電時則以相 反方向進行。

可使用許多不同的材料來產生鋰離子電池的組分。常規負極材料包括 鋰插入材料或合金主體材料，例如碳基材料，例如鋰石墨嵌入化合物，或 者鋰硅化合物、鋰錫合金和鈦酸鋰Li_4+xTi₅O₁₂，其中0≤x≤3，例如Li₄Ti₅O₁₂ (LTO)。其中負極還可由金屬鋰制成，這樣電化學電池被看作鋰金屬電 池或電池單元。用于可充電電池負極的金屬鋰具有各種潛在的優勢，包括 具有最高的理論容量和最低的電化學勢。因此，包含鋰金屬陽極的電池可 具有更高的能量密度，其可潛在地將存儲容量加倍，以便可將電池尺寸減 半，但仍然保持與其它鋰離子電池相同量的時間。因此，鋰金屬電池對于 高能存儲系統是最有前景的候選之一。但是，鋰金屬電池還具有潛在的不 利方面，包括可能會展現出不可靠的或降低的性能，并且還可能會展現出 過早的電化學電池失效。

鋰負極的性能降低存在兩種主要原因。在鋰金屬與鄰近電解質(其布 置于正極與負極之間)中的物質之間可能會發生反應，其可能會損害可充 電鋰電池的庫侖效率和循環壽命。另外，當鋰金屬被重新充電時，樹枝狀 或纖維狀的金屬結構(稱作枝晶)可在負極上生長。金屬枝晶可形成尖銳 突起，其可能會刺穿隔膜并引起內部短路，這可能會通過熱失控導致電池 自放電或電池失效。因此期望開發用于高能量電化學電池的可靠的高性能 含鋰負極材料，其會減少或抑制鋰金屬枝晶的形成。

發明內容

這一部分提供本公開的一般概述，但不是其全部范圍或其全部特征的 綜合公開。

在各種方面，本公開提供制造電化學電池的含鋰負極的方法。在一個 變型中，所述方法包括在氣相沉積方法中在包括鋰的負極材料的一個或多 個表面區域上沉積第一前體和第二前體。第一前體包括含有巰基的有機硅 烷，第二前體包括無機硅烷。第一前體與第二前體進行反應，在一個或多 個表面區域上形成無機-有機復合物表面涂層。

在一個方面，第一前體包括3-巰基丙基三甲氧基硅烷，第二前體包 括原硅酸四乙酯。

在一個方面，無機-有機復合物表面涂層包括第一硅酸鋰(Li_xSiO_y) 基團和第二巰基烷基基團，其中0≤x≤4，0≤y≤2。

在一個方面，第一前體選自由以下組成的群組：3-巰基丙基三甲氧基 硅烷、3-巰基丙基三乙氧基硅烷(巰基甲基)甲基二乙氧基硅烷、3-巰基丙 基甲基二甲氧基硅烷、11-巰基十一烷氧基三甲基硅烷、及其組合，第二 前體選自由以下組成的群組：原硅酸四乙酯、原硅酸四甲酯、原硅酸四異 丙酯、及其組合。