锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池、制备锂离子电池的方法以及锂离子电池的化成过程。

Lithium-ion batteries and their preparation methods

The invention relates to a lithium-ion battery, a method for preparing a lithium-ion battery and a formation process of a lithium-ion battery.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂离子电池及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池、制备锂离子电池的方法以及锂离子电池的化成过程。
技术介绍
对于用于大规模应用如电动车的具有高能量密度以及长循环寿命的下一代锂离子电池的需求在增长。具有高能量密度负极材料如硅基或锡基负极材料的锂离子电池吸引了高度关注。在使用这些材料时的一个限制是大的不可逆容量损失，这导致在初始循环中低的库伦效率；使用这些材料的另一个挑战是由在充放电期间的体积变化导致的差的循环性能。在设计大功率电池的努力中，通过减小活性材料颗粒尺寸至纳米级，可以有助于缩短载荷子的扩散长度，改善Li离子扩散系数，因此现实了更迅速的反应动力。然而，纳米尺寸的活性材料具有大的表面积，由于形成固态电极界面(SEI)而导致高的不可逆容量损失。对于氧化硅基负极，在首次锂化期间的不可逆反应还导致在初始循环中大的不可逆容量损失。该不可逆容量损失消耗了正极中的Li，降低了全电池的容量。对于Si基负极而言甚至更糟糕的是，由于在循环期间重复的体积变化，在负极上暴露出越来越多的新鲜表面，这导致SEI持续地生长。SEI持续地生长则持续地消耗正极中的Li，这导致全电池的容量衰减。平行于用电解液稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.包含正极、负极和电解液的锂离子电池的化成过程，其中所述化成过程包括初始化成循环，所述初始化成循环包括以下步骤：a)对该电池充电至截止电压Voff，该截止电压大于该电池的名义充电截止电压，优选比该电池的名义充电截止电压高出最多0.8V，更优选比该电池的名义充电截止电压高出0.1至0.5V，特别优选比该电池的名义充电截止电压高出0.2至0.4V，尤其优选比该电池的名义充电截止电压高出约0.3V，及b)对该电池放电至该电池的名义放电截止电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.包含正极、负极和电解液的锂离子电池的化成过程，其中所述化成过程包括初始化成循环，所述初始化成循环包括以下步骤：a)对该电池充电至截止电压Voff，该截止电压大于该电池的名义充电截止电压，优选比该电池的名义充电截止电压高出最多0.8V，更优选比该电池的名义充电截止电压高出0.1至0.5V，特别优选比该电池的名义充电截止电压高出0.2至0.4V，尤其优选比该电池的名义充电截止电压高出约0.3V，及b)对该电池放电至该电池的名义放电截止电压。2.根据权利要求1的化成过程，其特征在于，所述电池的名义充电截止电压为约4.2V，所述电池的名义放电截止电压为约2.5V。3.根据权利要求1或2的化成过程，其特征在于，所述初始化成循环中所述正极的库伦效率为40％至80％，优选为50％至70％。4.根据权利要求1至3之一的化成过程，其特征在于，所述化成过程还包括以与所述初始化成循环相同的方式实施的一个或两个或更多个化成循环。5.包含正极、负极和电解液的锂离子电池，其特征在于，对所述锂离子电池实施根据权利要求1至4之一的化成过程。6.根据权利要求5的锂离子电池，其特征在于，所述正极的初始面积容量相对于该正极的名义初始面积容量a的相对增加量r和截止电压Voff满足以下线性方程，宽容度为±10％r＝0.75Voff–3.134(V)。7.根据权利要求5的锂离子电池，其特征在于，所述正极的初始面积容量相对于该正极的名义初始面积容量a的相对增加量r和截止电压Voff满足以下二次方程，宽容度为±10％r＝–0.7857Voff2+7.6643Voff–18.33(Va)。8.根据权利要求5至7之一的锂离子电池，其特征在于，所述正极的名义初始面积容量a和所述负极的初始面积容量b满足关系式1<b·η2/(a·(1+r)–b·(1–η2))–ε≤1.2(I′)，优选1.05≤b·η2/(a·(1+r)–b·(1–η2))–ε≤1.15(Ia′)，更优选1.08≤b·η2/(a·(1+r)–b·(1–η2))–ε≤1.12(Ib′)，0<ε≤((a·η1)/0.6–(a–b·(1–η2)))/b(II)，其中ε是所述负极的预嵌锂度，及η2是所述负极的初始库伦效率。9.根据权利要求5至8之一的锂离子电池，其特征在于，ε＝((a·η1)/c–(a–b·(1–η2)))/b(III)，0.6≤c<1(IV)，优选0.7≤c<1(IVa)，更优选0.7≤c≤0.9(IVb)，特别优选0.75≤c≤0.85(IVc)，其中η1是所述正极的初始库伦效率，及c是所述负极的放电深度。10.根据权利要求5至9之一的锂离子电池，其特征在于，所述电解液包含一种或多种氟代碳酸酯化合物，优选为环状或无环的氟代碳酸酯化合物，作为非水有机溶剂。11.根据权利要求10的锂离子电池，其特征在于，所述氟代碳酸酯化合物选自以下组中：单氟代、二氟代、三氟代、四氟代、全氟代的碳酸乙二酯、单氟代、二氟代、三氟代、四氟代、全氟代的碳酸丙二酯、单氟代、二氟代、三氟代、四氟代、全氟代的碳酸二甲酯、单氟代、二氟代、三氟代、四氟代、全氟代的碳酸甲乙酯及单氟代、二氟代、三氟代、四氟代、全氟代的碳酸二乙酯。12.根据权利要求10或11的锂离子电池，其特征在于，基于全部的非水有机溶剂，氟代碳酸酯化合物的含量为10至100体积％。13.根据权利要求5至12之一的锂离子电池，其特征在于，所述负极的活性材料选自以下组中：碳、硅、硅金属间化合物、氧化硅、硅合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦玉倩，张敬君，蒋蓉蓉，王蕾，郝小罡，卢强，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE