[發(fā)明專(zhuān)利]用于含鋰電極的保護(hù)涂層及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910353323.1
• 申請(qǐng)日: 2019-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110534704B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖興成;M·蔡
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/134
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/13;H01M4/139;H01M4/04;H01M10/052;H01M10/0525
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;楊思捷

本文提供了用于去除含鋰電極上的鈍化層并通過(guò)施加石墨烯源而在含鋰電極上制備保護(hù)涂層的方法。本文還提供了具有包含石墨烯的保護(hù)涂層的含鋰電極和包含含鋰電極的含鋰電化學(xué)電池。

引言

本公開(kāi)總體上涉及含鋰電極，并且更具體地涉及形成用于含鋰電化學(xué)電池(諸如鋰離子電池組)的含鋰電極(例如，鋰金屬負(fù)電極)的保護(hù)涂層。

電化學(xué)電池(諸如電池組)是通過(guò)電化學(xué)還原-氧化(氧化還原)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。在二次或可再充電電池組中，這些電化學(xué)反應(yīng)是可逆的，這允許電池經(jīng)歷多次充電和放電循環(huán)。

高能量密度的電化學(xué)電池(諸如鋰離子電池組)可用于各種消費(fèi)品和車(chē)輛，諸如混合電動(dòng)車(chē)輛(HEV)和電動(dòng)車(chē)輛(EV)。典型的鋰離子、鋰硫和鋰金屬電池組包括第一電極、第二電極、電解質(zhì)材料和隔板。一個(gè)電極用作正極或陰極，另一個(gè)用作負(fù)極或陽(yáng)極。一堆電池組電池可被電連接以增加整體輸出。常規(guī)的可再充電鋰離子電池組通過(guò)在負(fù)極和正極之間來(lái)回可逆地來(lái)回傳遞鋰離子而操作。隔板和電解質(zhì)設(shè)置在負(fù)極和正極之間。電解質(zhì)適合于傳導(dǎo)鋰離子并且可以是固體形式(例如，固態(tài)擴(kuò)散)或液體形式。負(fù)極和正極中的每一個(gè)通常例如以電極材料薄層的形式承載在金屬集流體上或連接到金屬集流體。集流體可通過(guò)可中斷外部電路彼此連接，電子可通過(guò)可中斷外部電路從一個(gè)電極傳遞到另一電極，而鋰離子在電池組的充電和放電期間沿相反方向通過(guò)電化學(xué)電池遷移。

鋰離子電池組可按需將電力可逆地供應(yīng)到相關(guān)負(fù)載裝置。更具體地，可以通過(guò)鋰離子電池組向負(fù)載裝置供應(yīng)電力，直到負(fù)極的鋰含量被有效地耗盡。然后可通過(guò)在電極之間沿相反方向傳遞合適的直流電流來(lái)對(duì)電池組再充電。

在放電期間，負(fù)極可包含相對(duì)高濃度的嵌入鋰，該嵌入鋰被氧化成鋰離子和電子。鋰離子從負(fù)極(陽(yáng)極)行進(jìn)到正極(陰極)，例如，通過(guò)包含在插入的多孔隔板的孔內(nèi)的離子導(dǎo)電電解質(zhì)溶液。同時(shí)，電子通過(guò)外部電路從負(fù)極傳遞到正極。鋰離子可通過(guò)電化學(xué)還原反應(yīng)被吸收到正極的材料中。電池組可通過(guò)外部電源在其可用容量的部分或完全放電之后再充電，這逆轉(zhuǎn)了放電期間發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。

在再充電期間，正極中的嵌入鋰被氧化成鋰離子和電子。鋰離子從正極經(jīng)由電解質(zhì)通過(guò)多孔隔板行進(jìn)到負(fù)極，并且電子通過(guò)外部電路到達(dá)負(fù)極。鋰陽(yáng)離子在負(fù)極處還原為元素鋰并儲(chǔ)存在負(fù)極的材料中以再使用。

發(fā)明內(nèi)容

本部分提供本公開(kāi)的總體概述，而不是其全部范圍或其所有特征的全面公開(kāi)。

在某些方面，本公開(kāi)提供了一種用于在具有第一含Li表面的電極上制備保護(hù)涂層的方法。該方法可以包括通過(guò)將石墨烯源施加到電極的第一含 Li表面而去除存在于電極的第一含Li表面上的鈍化層；和形成與第一含 Li表面的至少一部分鄰近的保護(hù)涂層。保護(hù)涂層可以包括石墨烯。

保護(hù)涂層可具有約0.4nm至約200nm的厚度。

石墨烯源可以選自由石墨、石墨烯納米片、多層石墨烯、氧化石墨烯、炭黑和它們的組合組成的組。

石墨烯源可以是顆粒、紙片或卷的形式。

保護(hù)涂層可以在鈍化層被去除時(shí)基本上同時(shí)形成。

鈍化層可以包括氧化鋰、碳酸鋰、氮化鋰、氫氧化鋰或它們的組合。

可在惰性氣體存在下且在約15℃至約160℃的溫度下施加石墨烯源。

保護(hù)涂層可以通過(guò)非共價(jià)相互作用結(jié)合到第一含Li表面。

該方法進(jìn)一步包括施加聚合物或聚合物前驅(qū)體以形成與保護(hù)涂層的至少一部分鄰近的聚合物涂層。

在其他方面，本公開(kāi)提供了一種含Li電極，其包括第一含Li表面、與第一含Li表面相對(duì)的第二含Li表面、與第一含Li表面的至少一部分鄰近的保護(hù)涂層。該保護(hù)涂層可以包括石墨烯，并且含Li電極不具有包括與第二含Li表面鄰近的石墨烯的另外的涂層。