【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】预锂化电极材料和使用其的电池相关申请的交叉引用本申请要求2016年2月9日提交的美国专利申请序列号62/293,129的优先权,通过引用将其公开内容并入本文。
本公开涉及二次电池。提供了预锂化的阴极材料和电极,其解决了不可逆容量和库仑效率低的现有问题,以及提供了包含这些材料的电池和制造方法。
技术介绍
锂离子电池典型由处于放电状态的电极材料制成,电池中的循环可用的所有锂均来自于合成态的阴极活性材料。当电池第一次充电时,通过电化学氧化可从阴极(或正电极)可逆提取的所有锂被转移到阳极(或负电极)。然而,用于高能锂离子电池的低电势、高能量的锂离子阳极材料所经历的初始还原电化学过程并不是完全可逆的。不可逆的电解质还原过程消耗电荷和活性锂从而在阳极表面上形成钝化膜,称为固体电解质中间相(SEI),其防止电解质的进一步还原。在这些钝化过程中损失的电荷和可循环锂直接降低电池的循环容量,从而降低其能量密度。结果,传统电池中使用的有利阳极材料具有低的表面积,以便最小化与表面钝化相关的不可逆损失。在目前的高能Li离子电池中普遍存在的石墨碳阳极材料中,这些钝化过程在第一次锂化之后或在最初几个充电/放电循环之后大部分完成,这在很大程度上是因为石墨阳极在循环时经历相对小的体积变化(对于完全锂化的石墨,具有12%的膨胀)。表面积的这种小变化确保钝化膜继续粘附到阳极表面并防止进一步的电解质还原。然而,石墨碳阳极材料具有相对有限的容量,这在很大程度上将Li离子电池中可获得的能量密度增加限制为通过改进的电池设计可获得的能量密度增加。为了实现显著的进一步Li离子电池能量密度增加,必须实现更高 ...
【技术保护点】
1.一种用于电化学电池的化学或电化学预锂化阴极,其包含:阴极活性材料,其中该阴极活性材料包括化学式Li1+aMxOy并且在组装到电化学电池中之前被预锂化,其中0
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.09 US 62/293,1291.一种用于电化学电池的化学或电化学预锂化阴极,其包含:阴极活性材料,其中该阴极活性材料包括化学式Li1+aMxOy并且在组装到电化学电池中之前被预锂化,其中0<a≤1,0<x,2≤y≤6,和M是选自于由以下构成的组中的一种或多种元素:一种或多种过渡金属、Al、B、Mg及其组合。2.根据权利要求1所述的化学或电化学预锂化阴极,其中0.02<a≤1。3.根据权利要求1所述的化学或电化学预锂化阴极,其中0.5<a≤1。4.根据权利要求1所述的化学或电化学预锂化阴极,其中预锂化的阴极活性材料包括化学式:Li1+aNixCoyMnzO2,其中,0<a≤1,0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1,和其中x、y或z中的至少一个不为零。5.根据权利要求4所述的化学或电化学预锂化的阴极,其中0.02<a≤1。6.根据权利要求4所述的化学或电化学预锂化的阴极,其中0.5<a≤1。7.根据权利要求1所述的化学或电化学预锂化阴极,其中所述预锂化阴极具有基本上尖晶石结构。8.根据权利要求1所述的化学或电化学预锂化阴极,其中所述预锂化阴极具有基本上层状结构。9.根据权利要求1所述的化学或电化学预锂化阴极,其中所述层状结构是α-NaFeO2结构。10.根据权利要求7所述的化学或电化学预锂化阴极,其中0.02<a≤1。11.根据权利要求1所述的化学或电化学预锂化阴极,其中所述阴极活性材料由通式Li1+aDvNixCoyMnzAwO2描述,其中,0<a≤1,0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1,0≤w≤0.15,0≤v≤0.10,其中x、y或z中的至少一个不为零,A是选自Sc、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Al、Ga、Ge、As、B和Mg中的一种或多种元素,和D是选自Be、Na、Mg、K、Ca、Sr、Ni、Co、Mn、Sc、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Al、Ga、Ge、B和As中的一种或多种元素。12.根据权利要求11所述的化学或电化学预锂化阴极,其中所述阴极活性材料具有Co、Mn或两者的梯度。13.根据权利要求1-12中任一项所述的化学或电化学预锂化阴极,其中所述阴极活性材料通过电化学过程被预锂化以形成预锂化的阴极,所述阴极活性材料未预先暴露于充电反应,该电化学过程包括:使阴极活性材料与电解质接触,该电解质也接触或包含锂源;和向所述阴极活性材料和锂源施加电势或电流,从而用锂预锂化所述阴极活性材料。14.根据权利要求13所述的化学或电化学预锂化阴极,其中接触步骤通过卷到卷工艺进行,该卷到卷工艺包括将阴极活性材料的阴极网片拖拉通过包含电解质的电解质浴,该拖拉步骤以预锂化速度。15.根据权利要求13所述的化学或电化学预锂化阴极,其中所述电解质浴的路径长度为约10米或更大,并且预锂化速度为约6m/min。16.根据权利要求1-12中任一项所述的化学或电化学预锂化的阴极,其中所述预锂化阴极的特征在于第一次充电容量大于在其它方面相同的对照物未预锂化阴极。17.根据权利要求16所述的化学或电化学预锂化阴极,其中所述第一次充电容量为10mAh/g或大于对照物。18.根据权利要求16所述的化学或电化学预锂化阴极,其中所述第一次充电容量为20mAh/g或大于对照物。19.根据权利要求16所述的化学或电化学预锂化阴极,其中所述第一次充电容量为60mAh/g或大于对照物。20.根据权利要求1-12中任一项所述的化学或电化学预锂化阴极,其中所述预锂化阴极相对于Li的热力学势为小于3.0V。21.根据权利要求1-12中任一项所述的化学或电化学预锂化阴极,其中所述预锂化阴极相对于Li的热力学势为小于2.5V。22.根据权利要求1-12中任一项所述的化学或电化学预锂化阴极,其中所述预锂化阴极相对于Li的热力学势为小于2.3V。23.根据权利要求1-12中任一项...
【专利技术属性】
技术研发人员:D·奥弗,J·伦佩尔,S·西拉姆鲁,
申请(专利权)人:坎麦克斯动力有限责任公司,
类型:发明
国别省市:美国,US
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