[發(fā)明專(zhuān)利]預(yù)循環(huán)的硅電極

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010517091.1
• 申請(qǐng)日: 2020-06-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112072072A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M.W.沃布魯格;X.黃;R.凱
• 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;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 王增強(qiáng)

1.一種膨脹硅電極，包括：

電流收集器；和

活性層，位于電流收集器上并與電流收集器電連通；其中活性層包括粘合劑、膨脹硅和可選的鋰，其中膨脹硅具有分子式Li_xSi,其中0≤x≤3.75；

其中相對(duì)于使用前活性層的初始體積，活性層在使用時(shí)膨脹小于或等于10體積％；和

其中電極可選地是負(fù)電極。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹硅電極，其中，膨脹硅具有以下中的至少一個(gè)：基于膨脹硅的總體積的60至90體積％或70至80體積％的孔體積；為10至600平方米/克，或150至500平方米/克的每單位質(zhì)量的BET表面積；碳涂層；或氧化鋁涂層。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹硅電極，其中，所述活性層中的至少一個(gè)包括基于所述活性層的總重量的60至99重量％或70至95重量％的膨脹硅；或其中粘合劑包含含氟聚合物、橡膠、聚(酰胺酸)、聚酰亞胺、聚酰胺、酚醛樹(shù)脂、纖維素基粘合劑、聚(丙烯酸)、聚丙烯腈、藻酸鹽基粘合劑或環(huán)氧樹(shù)脂中的至少一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹硅電極，其中，所述活性層還包括錫、碳、錳、鐵、鋅或鋁中的至少一種。

5.一種電池，包括：

正電極、膨脹硅負(fù)電極以及位于該正電極與膨脹硅負(fù)電極之間的隔板；

其中，所述膨脹硅負(fù)電極包括電流收集器和位于該電流收集器的至少一側(cè)上并與所述電流收集器電連通的活性層；

其中活性層包括粘合劑、膨脹硅和可選的鋰，其中膨脹硅具有分子式Li_xSi，其中0≤x≤3.75；和

其中相對(duì)于使用前活性層的初始體積，活性層在使用時(shí)膨脹小于或等于10體積％；

其中所述電池可選地是鋰離子電池。

6.一種形成用于電極的活性層的方法，包括：

將初始硅對(duì)鋰從第一電壓電化學(xué)循環(huán)到第二電壓至少兩次以形成膨脹硅；其中，電化學(xué)循環(huán)之后，膨脹硅具有分子式Li_xSi，其中0≤x≤3.75；

可選地用惰性溶劑洗滌膨脹硅；

形成包括膨脹硅、粘合劑、可選的導(dǎo)電填料和可選的溶劑的混合物；和

由該混合物形成活性層；其中相對(duì)于使用前活性層的初始體積，活性層在使用時(shí)膨脹小于或等于10體積％。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述電化學(xué)循環(huán)發(fā)生在電化學(xué)電池中，該電化學(xué)電池包括兩個(gè)并聯(lián)的工作電極電流收集器、鋰對(duì)電極；其中兩個(gè)工作電極電流收集器被定位為使得它們保持與初始硅的電連通，并且在電化學(xué)循環(huán)期間能夠增加它們之間的相對(duì)距離以形成膨脹硅。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述電化學(xué)循環(huán)包括從高電壓循環(huán)到低電壓并回到高電壓兩次或更多次。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，基于所述初始硅的總重量，所述初始硅包含大于或等于95重量％的硅。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述膨脹硅的體積大于所述初始硅的體積的100％。