制造电池组的负极的制造方法技术

技术编号:29464229 阅读:32 留言:0更新日期:2021-07-27 17:43
本发明专利技术公开了制造电池组的负极的制造方法。提供了一种制造循环锂离子的电化学电池中的电极的电极材料的方法,其中将保护涂层施加到电极前体材料上。所述电极前体可为含有硅的组合物。保护涂层选自:基于氧化物的涂层、基于氟化物的涂层和基于氮化物的涂层。方法还包括在连续法中将电极前体材料锂化。连续法在具有第一反应室和第二反应室的反应器中进行,以形成包含保护涂层的锂化电极材料。

【技术实现步骤摘要】
制造电池组的负极的制造方法
本专利技术涉及一种制造循环锂离子的电化学电池的负极材料的方法,以及一种制造循环锂离子的电化学电池中的电极的电极材料的方法。
技术介绍
此部分提供与本公开有关的背景信息,其不一定是现有技术。本公开涉及形成用于锂离子电化学电池的负极的具有保护涂层的预锂化电活性材料的连续方法。锂离子电池组可以用于各种消费品和车辆。用于形成此类电池组的负极或阳极的典型电化学活性材料包括锂-石墨嵌入化合物、锂-硅合金化化合物、锂-锡合金化化合物和锂合金。尽管石墨化合物最常见,但最近对具有高比容量(与常规石墨相比)的阳极材料具有增加的兴趣。例如,硅具有已知最高的理论锂载荷容量,以使其成为用于可再充电锂离子电池组的最有前途的材料之一。但是,当前的包含硅的负极材料可以潜在地遭受严重的缺点。例如,在初始锂化和脱锂循环的过程中,基于硅的电活性材料可以经受过度体积膨胀和收缩。此外,基于硅的电活性材料的初始锂化过程可以促进表面粗糙度的提高。此外,在硅电活性材料的接连充电和放电循环的过程中可发生额外的体积变化。这样的体积变化可以导致电活性材料的疲劳开裂和烧爆。这可以潜在地导致含有硅的电活性材料和电池组电池的其余部分之间的电接触的损失以及电解质的消耗,以形成新的固体电解质界面(SEI),以造成电化学循环性能的下降、降低的库仑充电容量保持率(容量衰减)和有限的循环寿命。在高能量锂离子电池组(如用于交通应用的那些)中使用含有硅的电极所需的电极负荷水平(loadinglevel)下,这尤其如此。因此,将希望开发制造包含硅的电活性材料或在锂离子循环过程中经受显著体积变化的其它电活性材料的方法,所述材料能在尤其用于交通应用的具有长寿命的商业锂离子电池组中实现最小化容量衰减和最大化充电容量容量。
技术实现思路
这部分提供本公开的一般
技术实现思路
,并且不是其完整范围或其所有特征的全面公开。本公开涉及制造循环锂离子的电化学电池的电极材料的方法。在某些方面中,所述方法包括在反应器的第一反应室中通过原子层沉积(ALD)法将保护涂层施加到负极前体上。所述负极前体包包含硅。所述保护涂层选自:基于氧化物的涂层、基于氟化物的涂层和基于氮化物的涂层。方法还包括将负极前体转移到反应器的第二反应室中,和将负极前体锂化以形成包括保护涂层和含有锂的涂层的负极材料。在一个方面中,保护涂层选自:氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、五氧化二钒(V2O5)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化铪(HfO2)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氟化锂(LiF)、氟化铝(AlF3)、氟氧化铝(AlFO)、氮化铝(AlN)、氮化硅(SiN)及其组合。在一个方面中,保护涂层包含氧化铝(Al2O3)。在一个方面中,通过热蒸发法进行锂化。在一个方面中,第一反应室界定多个沉积区。在一个进一步方面中,多个沉积区各自包括用于引入氧化剂的第一区域和用于引入一个或多个ALD前体的第二区域。在一个方面中,反应器是界定第一反应室和第二反应室的真空室。在一个方面中,保护涂层的厚度为大于或等于大约1nm至小于或等于大约25nm。在一个方面中,含有锂的涂层的厚度为大于或等于大约1微米至小于或等于大约50微米。在一个方面中,方法在卷对卷(roll-to-roll)工艺中连续进行。本公开还涉及一种制造循环锂离子的电化学电池中的电极的电极材料的方法。所述方法包括将选自:基于氧化物的涂层、基于氟化物的涂层和基于氮化物的涂层的保护涂层施加到电极前体材料上。方法进一步包括将电极前体材料锂化,在具有第一反应室和第二反应室的反应器中进行的连续方法中发生所述锂化。以这种方式,方法形成包括保护涂层的锂化电极材料。在一个方面中,方法进一步包括在第一反应室中在电极前体材料上施加保护涂层,和在第二反应室中将电极前体材料锂化。或者,方法包括在第一反应室中将电极前体材料锂化;和在第二反应室中在电极前体材料上施加保护涂层。在一个方面中,保护涂层选自:氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、五氧化二钒(V2O5)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化铪(HfO2)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氟化锂(LiF)、氟化铝(AlF3)、氟氧化铝(AlFO)、氮化铝(AlN)、氮化硅(SiN)及其组合。在一个方面中,保护涂层包括氧化铝(Al2O3)。在一个方面中,保护涂层的施加是原子层沉积(ALD)法。在一个方面中,第一反应室界定多个沉积区,其各自包括用于引入氧化剂的第一区域和用于引入一个或多个ALD前体的第二区域。在一个方面中,通过热蒸发法进行锂化。在一个方面中,反应器是界定第一反应室和第二反应室的真空室。在一个方面中,保护涂层的厚度为大于或等于大约1nm至小于或等于大约25nm。含有锂的涂层的厚度任选为大于或等于大约1微米至小于或等于大约50微米。在一个方面中,方法在卷对卷工艺中连续进行。本专利技术公开了以下条款:1.一种制造循环锂离子的电化学电池的负极材料的方法,所述方法包括:在反应器的第一反应室中通过原子层沉积(ALD)法将保护涂层施加到负极前体上,其中所述负极前体包含硅且所述保护涂层选自:基于氧化物的涂层、基于氟化物的涂层;和将负极前体转移到反应器的第二反应室中,并将负极前体锂化以形成包含保护涂层和含有锂的涂层的负极材料。2.根据条款1所述的方法,其中所述保护涂层选自:氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、五氧化二钒(V2O5)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化铪(HfO2)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氟化锂(LiF)、氟化铝(AlF3)、氟氧化铝(AlFO)、氮化铝(AlN)、氮化硅(SiN)及其组合。3.根据条款1所述的方法,其中所述保护涂层包含氧化铝(Al2O3)。4.根据条款1所述的方法,其中通过热蒸发法进行锂化。5.根据条款1所述的方法,其中所述第一反应室界定多个沉积区。6.根据条款5所述的方法,其中所述多个沉积区各自包括用于引入氧化剂的第一区域和用于引入一种或多种ALD前体的第二区域。7.根据条款1所述的方法,其中所述反应器是界定第一反应室和第二反应室的真空室。8.根据条款1所述的方法,其中所述保护涂层的厚度为大于或等于大约1nm至小于或等于大约25nm。9.根据条款1所述的方法,其中所述含有锂的涂层的厚度为大于或等于大约1微米至小于或等于大约50微米。10.根据条款1所述的方法,其中所述方法在卷对卷工艺中连续进行。11.一种制造循环锂离子的电化学电池中的电极的电极材料的方法,所述方法包括:在具有第一反应室和第二反应室的反应器中进行的连续工艺中将选自:基于氧化物的涂层、基于氟化物的涂层和基于氮化物的涂层的保护涂层施加到电极前体材料上,并将所述电极前体材料锂化,以形成本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种制造循环锂离子的电化学电池的负极材料的方法,所述方法包括:/n在反应器的第一反应室中通过原子层沉积(ALD)法将保护涂层施加到负极前体上,其中所述负极前体包含硅且所述保护涂层选自:基于氧化物的涂层、基于氟化物的涂层;和/n将负极前体转移到反应器的第二反应室中,并将负极前体锂化以形成包含保护涂层和含有锂的涂层的负极材料。/n

【技术特征摘要】
20200124 US 16/7521921.一种制造循环锂离子的电化学电池的负极材料的方法,所述方法包括:
在反应器的第一反应室中通过原子层沉积(ALD)法将保护涂层施加到负极前体上,其中所述负极前体包含硅且所述保护涂层选自:基于氧化物的涂层、基于氟化物的涂层;和
将负极前体转移到反应器的第二反应室中,并将负极前体锂化以形成包含保护涂层和含有锂的涂层的负极材料。


2.根据权利要求1所述的方法,其中所述保护涂层选自:氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、五氧化二钒(V2O5)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化铪(HfO2)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氟化锂(LiF)、氟化铝(AlF3)、氟氧化铝(AlFO)、氮化铝(AlN)、氮化硅(SiN)及其组合。


3.根据权利要求1所述的方法,其中通过热蒸发法进行锂化。


4.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一反应室界定多个沉积区。


5.根据权利要求4所述的方法,其中所述多个沉积区各...

【专利技术属性】
技术研发人员:肖兴成X·杨R·克M·W·韦布鲁格
申请(专利权)人:通用汽车环球科技运作有限责任公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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