用于循环锂离子的电化学电池的锂合金储库制造技术

本发明专利技术公开了用于循环锂离子的电化学电池的锂合金储库。本公开提供了循环锂离子的电化学电池的负电极。该负电极可以包含负电活性材料和锂化添加剂。负电活性材料可以具有第一电池电压窗口。锂化添加剂可以具有第二电池电压窗口。第二电池电压窗口可以小于第一电池电压窗口。当电化学电池在第二电池电压窗口中运行时，锂化添加剂可以锂化电池。锂化添加剂可以锂化电池。锂化添加剂可以锂化电池。

【技术实现步骤摘要】
用于循环锂离子的电化学电池的锂合金储库


[0001]本公开涉及用于循环锂离子的电化学电池（例如用作电化学电池中的负电活性材料）的锂合金储库（reservoir）。

技术介绍

[0002]本章节提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
[0003]需要先进的储能装置和系统以满足多种产品的能量和/或动力要求，所述产品包括汽车产品，如启停系统（例如12V启停系统）、电池组辅助系统、混合动力电动车（“HEV”）和电动车（“EV”）。典型的锂离子电池组包括至少两个电极和电解质和/或隔离件。两个电极之一可以充当正电极或阴极，另一个电极可以充当负电极或阴极。隔离件和/或电解质可以设置在负电极与正电极之间。电解质适于在电极之间传导锂离子，并且类似于两个电极，可以为固体和/或液体形式和/或其混合。在固态电池组（其包括固态电极和固态电解质）的情况下，固态电解质可以物理分隔电极，由此不需要单独的隔离件。
[0004]常规的可再充电锂离子电池组通过在负电极与正电极之间可逆地来回传递锂离子来运行。例如，在电池组充电过程中，锂离子可以从正电极移动至负电极，而当电池组放电时在相反的方向上移动。这样的锂离子电池组可以按需向相关联的负载装置可逆地供电。更具体而言，可以通过锂离子电池组向负载装置提供电力，直到负电极的锂含量被有效地耗尽。随后可以通过在电极之间在相反方向上通合适的直流电来对该电池组再充电。
[0005]在放电过程中，负电极可以含有相对较高浓度的嵌入锂，其被氧化成锂离子，释放电子。锂离子可以例如通过插入的多孔隔离件的孔隙内所含的离子导电电解质溶液从负电极行进至正电极。同时，电子经过外电路从负电极传送至正电极。此类锂离子可以通过电化学还原反应同化到正电极的材料中。可以在电池组的可用容量部分或完全放电后通过外部电源将该电池组再充电或再生，这逆转了放电过程中发生的电化学反应。
[0006]然而，在各种情况下，由于例如在首次循环过程中在负电极上的转化反应和/或固体电解质界面相（SEI）层的形成，以及由于例如连续固体电解质界面相破裂而导致持续的锂损失，一部分嵌入锂在首次循环后保留在负电极处。由于例如不参与电池组的可逆运行的正电极物质增加，这种锂离子的永久损失可能导致电池组中的比能量和功率降低。例如，锂离子电池组在首次循环后可能会经历大于或等于大约5%至小于或等于大约30%的不可逆容量损失，并且在含硅负电极的情况下，在首次循环后可能会经历大于或等于大约20%至小于或等于大约40%的不可逆容量损失。因此，合意的是开发可以应对这些挑战的改进的电极和电活性材料，以及制造和使用其的方法。

技术实现思路

[0007]本章节提供了本公开的总体概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
[0008]本公开涉及用于循环锂离子的电化学电池（例如用作电化学电池中的负电活性材料）的锂合金储库。
[0009]在各种方面，本公开提供了循环锂离子的电化学电池的负电极。该负电极可以包含负电活性材料和锂化添加剂。负电活性材料可以具有第一电池电压窗口。锂化添加剂可以包含锂合金，并且锂合金可以具有第二电池电压窗口。第二电池电压窗口可以小于第一电池电压窗口。
[0010]在一个方面，第一电池电压窗口可以为大于大约2.5 V至小于或等于大约4.2 V，且第二电池电压窗口可以为大于或等于大约1.0 V至小于大约2.5 V。
[0011]在一个方面，负电极可以包含大于或等于大约30重量%至小于或等于大约99.5重量%的负电活性材料，和大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约20重量%的锂化添加剂。
[0012]在一个方面，负电活性材料可以包含硅、硅氧化物、石墨或其任意组合。
[0013]在一个方面，锂合金可以包含镁、铝、锡、镓、钙、锌、钡、锆、铟、铈、金、银、硼、锗、铅、镉、硅或其任意组合。
[0014]在一个方面，锂合金可以具有大于或等于大约10 nm至小于或等于大约100
ꢀµ
m的平均粒度。
[0015]在一个方面，锂化添加剂可以包含锂
‑
镁合金。
[0016]在一个方面，锂
‑
镁合金可以由Li
x
Mg1‑
x
表示，其中0.1 ≤ x ≤ 0.95。
[0017]在各种方面，本公开提供了循环锂离子的电化学电池。该电化学电池可以包括正电极、负电极和物理分隔正电极与负电极的隔离件。负电极可以包含负电活性材料和锂化添加剂。负电极材料可以具有第一电池电压窗口。第一电池电压窗口可以为大于大约2.5 V至小于或等于大约4.2 V。锂化添加剂可以包含锂合金。锂合金可以具有第二电池电压窗口。第二电池电压窗口可以小于第一电池电压窗口。第二电池电压窗口可以为大于或等于大约1.0 V至小于大约2.5 V。
[0018]在一个方面，负电极包含大于或等于大约30重量%至小于或等于大约99.5重量%的负电活性材料，和大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约20重量%的锂化添加剂。
[0019]在一个方面，负电活性材料可以包含硅、石墨或其任意组合，并且锂合金包含镁、铝、锡、镓、钙、锌、钡、锆、铟、铈、金、银、硼、锗、铅、镉、硅或其任意组合。
[0020]在一个方面，锂化添加剂可以包含Li
x
Mg1‑
x
，其中0.1 ≤ x ≤ 0.95。
[0021]在各种方面，本公开提供了运行循环锂离子的电化学电池的方法。该方法可以包括通过在第二电池电压窗口中运行电化学电池来活化电化学电池中的锂储库。该电化学电池可以进一步包含电活性材料。电活性材料可以具有第一电池电压窗口。第一电池电压窗口可以大于第二电池电压窗口。
[0022]在一个方面，锂储库可以在电化学电池的容量为原始容量的小于或等于大约99%时的任何点活化。
[0023]在一个方面，该方法进一步包括当电化学电池的容量为原始容量的大于或等于大约1%时，通过在第一电池电压窗口中运行电化学电池来使锂储库去活化。
[0024]在一个方面，第一电池电压窗口可以为大于大约2.5 V至小于或等于大约4.2 V，并且第二电池电压窗口可以为大于或等于大约1.0 V至小于或等于大约2.5 V。
[0025]在一个方面，锂化添加剂可以包含锂合金。锂合金可以包含镁、铝、锡、镓、钙、锌、钡、锆、铟、铈、金、银、硼、锗、铅、镉、硅或其任意组合。
[0026]在一个方面，锂化添加剂可以包含Li
x
Mg1‑
x
，其中0.1 ≤ x ≤ 0.95。
[0027]在一个方面，负电极可以包含大于或等于大约30重量%至小于或等于大约99.5重量%的负电活性材料，和大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约20重量%的锂化添加剂。
[0028]在一个方面，锂合金可以具有大于或等于大约10 nm至小于或等于大约100
ꢀµ
m的平均粒度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.循环锂离子的电化学电池的负电极，所述负电极包含：负电活性材料，其具有第一电池电压窗口，和包含锂合金的锂化添加剂，其具有小于所述第一电池电压窗口的第二电池电压窗口。2.根据权利要求1所述的负电极，其中所述第一电池电压窗口为大于大约2.5 V至小于或等于大约4.2 V。3.根据权利要求1所述的负电极，其中所述第二电池电压窗口为大于或等于大约1.0 V至小于大约2.5 V。4.根据权利要求1所述的负电极，其中所述负电极包含大于或等于大约30重量%至小于或等于大约99.5重量%的所述负电活性材料。5.根据权利要求1所述的负电极，其中所述负电极包含大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约20重量%的所述锂化添加剂。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛崚，J，
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：