[發明專利]預鋰化電活性材料的方法和包括預鋰化電活性材料的電極

在審

• 申請號: 202010090244.9
• 申請日: 2020-02-13
• 公開（公告）號: CN111564628A
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: M.P.巴洛格;I.C.哈拉萊
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王琳;楊思捷

提供預鋰化電化學電池的電極的包括第III族元素、第IV族元素、第V族元素或其組合的電活性材料的方法以及包括預鋰化電活性材料的電極。所述方法包括使包含LiH或Li₃N的鋰化劑與電活性材料反應以形成預鋰化電活性材料。

領域

本公開涉及預鋰化鋰離子電化學裝置的電極的電活性材料，如含硅電活性材料的方法和包括這樣的預鋰化電活性材料的電極。

背景

這一節提供與本公開有關的背景信息，其不一定是現有技術。

高能量密度電化學電池，如鋰離子電池組可用于各種消費品和車輛，如混合動力汽車(HEV)和電動汽車(EV)。典型的鋰離子電池組包含第一電極（例如陰極）、相反極性的第二電極（例如陽極）、電解質材料和隔膜。常規鋰離子電池組通過在負極與正極之間可逆傳送鋰離子來工作。在負極與正極之間安置隔膜和電解質。電解質適合傳導鋰離子并可以是固體或液體形式。鋰離子在電池充電過程中從陰極（正極）移向陽極（負極）并在電池組放電時反向移動。為方便起見，負極與陽極同義使用，盡管如本領域技術人員公認，在鋰離子循環的某些階段的過程中，陽極功能可能與正極而非負極相關聯（例如負極可能在放電時是陽極和在充電時是陰極）。

在各種方面中，電極包括電活性材料。負極通常包含能夠充當用作鋰離子電池組的負端子的鋰主體材料的電活性材料。常規負極包括電活性鋰主體材料和任選另一導電材料，如炭黑粒子，以及一種或多種聚合物粘合劑材料以將鋰主體材料和導電粒子保持在一起。

用于形成鋰離子電化學電池中的負極（例如陽極）的典型電活性材料包括鋰-石墨插層化合物、鋰-硅合金、鋰-錫化合物和其它鋰合金。盡管石墨化合物最常見，但最近對具有高比容量（與常規石墨相比）的陽極材料越來越感興趣。例如，硅具有一個最高的已知理論鋰容量，以使其是作為可再充電鋰離子電池組的負極材料的最有吸引力的石墨替代品之一。但是，當前的硅陽極材料具有嚴重的缺點。例如，含硅材料在鋰嵌/脫（insertion/extraction）（例如嵌入（intercalation）和脫出（deintercalation））過程中發生大體積變化（例如體積膨脹/收縮）。因此，在常規含硅電極的循環過程中經常觀察到負極（例如陽極）開裂、電化學循環性能衰減和大的庫侖充電容量損失（容量衰減）和極其有限的循環壽命。另外，當前的硅陽極材料以及其它高比容量材料遭受來自正極的第一循環活性鋰損失，例如由在負極處形成固體電解質界面（SEI）層造成，這限制了電池組性能。高比容量材料還會由于由上述大體積變化造成的連續SEI破裂和再形成而遭受另外持續的活性鋰損失。這種活性鋰的損失可永久降低電池組的可供能量。

希望開發制備用于高能量和高功率鋰離子電池組的特別含硅的高性能電極材料的方法，其克服了阻礙它們的廣泛商業應用（尤其是在車輛用途中）的現有缺點。為了長期和有效使用，高比容量電極材料，如硅應該能夠實現極低容量衰減和最大化充電容量以在鋰離子電池組中長期使用。

概述

這一節提供本公開的一般概述并且不是其完整范圍或其所有特征的全面公開。

本申請涉及以下內容：

[1].一種預鋰化電化學電池的電極的電活性材料的方法，所述方法包括：

使包含LiH的第一鋰化劑與包含第III族元素、第IV族元素、第V族元素或其組合的電活性材料反應以形成預鋰化電活性材料，其包含含有第III族元素、第IV族元素、第V族元素或其組合的含鋰的金屬化合物。

[2].根據[1]的方法，其中使第一鋰化劑與電活性材料反應包括下列一種或多種：

(i) 在第一惰性氣體存在下加熱第一鋰化劑和電活性材料；和

(ii) 在第二惰性氣體存在下機械合金化第一鋰化劑和電活性材料。

[3].根據[2]的方法，其中將第一鋰化劑和電活性材料加熱到大于或等于大約350℃的溫度。