[發(fā)明專利]鋰化電活性材料的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011404869.4
• 申請(qǐng)日: 2020-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN112928241A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·D·凱恩;A·C·博貝爾;N·P·皮聰卡;R·D·施米德特;A·K·薩奇德夫;M·W·維布魯格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M4/139
• 分類號(hào): H01M4/139;H01M4/13;H01M10/0525
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐厚才;楊思捷

本申請(qǐng)涉及鋰化電活性材料的方法。本公開涉及用于鋰離子電化學(xué)電池的電極中的電活性材料以及制造其的方法，例如鋰化電活性材料的方法。鋰化電活性材料的方法可以包括將電活性材料前體分散在包含鋰基鹽的室溫電解質(zhì)中，并使電解質(zhì)混合物與鋰源接觸，以使鋰源離子化并形成鋰離子。鋰離子可以與電活性材料前體反應(yīng)以形成完全鋰化的電活性材料(例如大于總鋰化的70%)。在某些方面中，所述方法進(jìn)一步包括電化學(xué)放電完全鋰化的電活性材料以形成具有優(yōu)化鋰化狀態(tài)(例如，小于或等于完全鋰化的電活性材料的第一鋰化狀態(tài)的大約40%)的鋰化的電活性材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及鋰化(lithiating)電活性材料的方法。

背景技術(shù)

本部分提供了與本公開相關(guān)的背景信息，其不一定是現(xiàn)有技術(shù)。

本公開涉及用于鋰離子電化學(xué)電池(cells)的電極中的電活性材料以及制造其的方法，例如鋰化電活性材料的方法。

需要先進(jìn)的能量?jī)?chǔ)存裝置和系統(tǒng)以滿足各種產(chǎn)品的能量和/或動(dòng)力需求，所述產(chǎn)品包括汽車產(chǎn)品，例如啟停系統(tǒng)(例如12V啟停系統(tǒng))、蓄電池(battery)輔助系統(tǒng)、混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)和電動(dòng)車輛(EV)。典型的鋰離子蓄電池包括至少兩個(gè)電極和電解質(zhì)和/或隔離件。兩個(gè)電極之一充當(dāng)正電極或陰極，另一個(gè)電極充當(dāng)負(fù)電極或陽(yáng)極。隔離件和/或電解質(zhì)可以設(shè)置在負(fù)電極與正電極之間。所述電解質(zhì)適于在電極之間傳導(dǎo)鋰離子，并且如同兩個(gè)電極，可以為固體和/或液體形式和/或其混雜物。在固態(tài)蓄電池(其包括固態(tài)電極和固態(tài)電解質(zhì))的情況中，固態(tài)電解質(zhì)可以物理分隔電極，從而不需要單獨(dú)的隔離件。

常規(guī)的可再充電鋰離子蓄電池通過(guò)在負(fù)電極與正電極之間可逆地來(lái)回傳遞鋰離子來(lái)運(yùn)行。例如，在蓄電池充電過(guò)程中，鋰離子可以由正電極移動(dòng)到負(fù)電極，并當(dāng)蓄電池放電時(shí)以相反方向移動(dòng)。此類鋰離子蓄電池可以按需向相關(guān)負(fù)載設(shè)備可逆地供電。更具體而言，可以通過(guò)所述鋰離子蓄電池向負(fù)載設(shè)備提供電能，直到負(fù)電極的鋰含量被有效耗盡。然后可以通過(guò)在電極之間以相反方向傳送合適的直流電流來(lái)對(duì)蓄電池進(jìn)行再充電。

在放電過(guò)程中，負(fù)電極可以含有相對(duì)高濃度的鋰(例如嵌入鋰)，所述鋰被氧化成鋰離子和電子。鋰離子可以例如通過(guò)包含在插入的多孔隔離件的孔隙中的離子導(dǎo)電電解質(zhì)溶液由負(fù)電極輸送到正電極。同時(shí)，電子通過(guò)外部電路由負(fù)電極傳送至正電極。這些鋰離子可以通過(guò)電化學(xué)還原反應(yīng)融入正電極的材料中。在其可用容量部分或完全放電后，可以通過(guò)外部電源將蓄電池再充電或再生，其逆轉(zhuǎn)放電過(guò)程中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。

硅具有最高的已知理論充電容量(charge capacity)，使其成為用于可再充電鋰離子蓄電池的最有前途的負(fù)極電活性材料之一，但是，硅在連續(xù)充電和放電過(guò)程中也會(huì)經(jīng)歷過(guò)度的體積膨脹和收縮(例如300%)。此外，由于例如在首次循環(huán)(first cycle)過(guò)程中在負(fù)電極上形成Li_xSi和/或固體電解質(zhì)界面(SEI)層，以及由連續(xù)固體電解質(zhì)界面破裂導(dǎo)致的持續(xù)鋰損失，一部分嵌入鋰在首次循環(huán)之后保留在負(fù)電極中。由于不參與蓄電池的可逆運(yùn)行的正電極質(zhì)量增加，所以此類鋰離子的永久損失可能導(dǎo)致蓄電池中降低的比能量和功率。例如，鋰離子蓄電池在首次循環(huán)后可能會(huì)經(jīng)歷大于或等于大約5%至小于或等于大約30%的不可逆容量損失。鋰化，例如預(yù)鋰化，可以彌補(bǔ)此類損失。但是，常見的鋰化方法需要半電池制造和拆卸和/或高溫化學(xué)過(guò)程，這些是耗時(shí)的并且通常因成本高昂而受限。因此，合意的是開發(fā)可以解決這些挑戰(zhàn)的用于電化學(xué)電池的改進(jìn)的電活性和電極材料以及制造它們的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本部分提供了本公開的一般概述，而不是其全部范圍或其所有特征的全面公開。

在各個(gè)方面中，本公開提供了在室溫下形成鋰化的電活性材料的方法。所述方法包括，例如，將電活性材料前體分散在包含鋰基鹽的室溫電解質(zhì)中以形成電解質(zhì)混合物；和使該電解質(zhì)混合物與鋰源接觸，以使鋰源離子化并形成鋰離子(Li⁺)。所述鋰離子(Li⁺)可以與電解質(zhì)混合物中的電活性材料前體反應(yīng)以形成鋰化的電活性材料。