[发明专利]包含不可逆地释放锂的材料的电池组电池和电池组

说明书

本发明涉及包含不可逆地释放锂的材料的电池组电池和电池组。具体地，本发明涉及电池组电池（2），尤其锂离子‑电池组电池或锂金属‑电池组电池，其包括具有集流体（32）和至少一种正极活性材料（42）的至少一个正极（22）、具有至少一个集流体（31）的至少一个负极（21）和至少一种电解质（15），其中电池组电池（2）还包括通过施加电压而释放锂离子的至少一种锂添加剂（52）。

技术领域

本发明涉及电池组电池和电池组，尤其锂离子-电池组/电池组电池或锂金属-电池组/电池组电池，其能够平衡在电池组电池的充电或放电过程中出现的、由于来自所述活性材料的锂或锂离子与电解质或其中含有的助剂的反应而引起的提供于能量储存的锂离子量的减少。此外，本发明涉及这种电池组电池和/或电池组的用途。

现有技术

电能的储存在近几十年来变得越来越重要。电能可以通过电池组储存。电池组将化学反应能转换成电能。在此，区分一次电池组和二次电池组。一次电池组仅能够作用一次，而二次电池组，其也称为蓄电池，是可再次充电的。电池组（也称为电池组模块）在此包括一个或多个电池组电池（电化学电池）。

在蓄电池中通常使用含锂的电极，其包括锂离子（所谓的锂离子电池组）或者金属锂（所谓的锂金属电池组）。这些的特征主要在于比能量高，热稳定性好和非常低的自放电。

含锂的电池组电池具有正极和负极。正极以及负极通常包括各一个集流体，其上施加正极或负极活性材料。正极和负极活性材料的特征尤其在于，它能够可逆地嵌入和释放锂离子。

这样的电池组电池的负极的活性材料通常是无定形硅，其可以与锂原子形成合金化合物和嵌入化合物。但也有碳化合物，如石墨，或金属锂被用作负极的活性材料。作为用于正极的活性材料，除了附加材料之外通常使用含锂的金属氧化物或含锂的金属磷酸盐。

此外，电池组电池包括电解质，其实现电极间的电荷载体的传输。电解质经常包括其中溶解有导电盐的非质子有机溶剂。替代地，可以使用能够导电的固体作为固体电解质，特别是聚合物组合物，其同样包含导电盐。此外，隔膜通常是电池组电池的组成部分，其布置在所述电极之间并用于防止电极之间的接触。

在电池组电池运行时，即在放电过程中，电子在外部电路中从负极到正极流动。在电池组电池内，锂离子在放电过程中从负极到正极迁移。当电池组电池的充电过程中，锂离子从正极迁移到负极。

特别是在电池组电池的第一次充电和放电循环中，在电极的表面上形成所谓的固体电解质界面（SEI）。这些是通过活性材料，特别是其中所含的锂离子或锂原子与电解质的成分，例如通常用作溶剂的碳酸酯的反应而形成的。为了获得特别有利的SEI性能，通常向电解质中添加额外的助剂，如磺内酯，其在电极的表面上转化成聚合物结构并且嵌入到SEI中。在这些反应中，来自活性材料的锂离子损失，这些在电池组电池的进一步运行中不再可用于储存能量。由于几个原因，这是不希望的。一方面，如此昂贵的活性材料就失去了。另外，在电池中需要额外的空间用于所述材料，尽管这将不能用于储存能量。

US 2015/0050561 A1提出了具有高放电电势的电池组电池，其另外包括锂添加剂。该锂添加剂包括金属锂或有机锂，牺牲型阴极活性材料或过锂化阴极活性材料。作为阳极活性材料，提出了常规的含硅或含碳的材料以及形成合金的材料。该技术方案的缺点在于，特别是金属锂在电池组电池的组装中对制造技术的要求特别高（无水和无氧环境）。就电池组电池的容量而言，锂金属电极作为负极是非常理想的，因为这样可以省去不必要的活性材料以及与之相关的重量和空间需求。由于在常规锂金属电极中相当大的比例的锂（约50原子％）不循环（即，不参与能量储存过程中，和作为无源组成部分不必要地增加了电池组电池的体积和重量，在负极上的金属锂层理论上可以保持非常薄。然而，实践中由此出现问题，因为薄的锂薄膜的操作使电池组电池的组装困难和需要昂贵的工艺。薄的锂薄膜的问题还在于机械不稳定性和易于在不均匀的电流密度分布的情况下产生缺陷。

以上所述的问题通过下面描述的发明而解决。

发明内容