[发明专利]预锂化电极的方法

说明书

本发明公开了预锂化电极的方法。本公开提供了在包括至少一个电极的电化学电池中补偿由循环诱导的锂消耗所导致的容量损失的方法。这样的方法可以包括将锂化添加剂添加到所述至少一个电极中以产生锂源。所述锂源补偿循环诱导的锂化损失，使得具有锂化添加剂的电化学电池经历小于或等于锂循环之前的初始容量的大约5%的总容量损失。锂化添加剂包含由式Li_uH_r表示的锂硅酸盐，其中H_r=Li_y‑uSiO_z，且其中0≤y≤3.75，0≤z≤2，并且u是y的可用部分，0≤u≤y。锂源可以包含Li₄SiO₄和Li_mSi，其中0≤m≤4.4。

技术领域

本公开涉及预锂化电极、包含预锂化电极的电化学电池以及其制造方法。

背景技术

本部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

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”）。典型的锂离子电池包括至少两个电极和电解质和/或隔膜。两个电极之一充当正极或阴极，另一电极充当负极或阴极。隔膜和/或电解质可以设置在负极与正极之间。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（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，由此不需要区分的隔膜。

传统的可再充电锂离子电池通过在负极与正极之间可逆地来回传递锂离子来运行。例如，在电池充电过程中，锂离子可以从正极移动至负极，当电池放电时则以相反的方向移动。此类锂离子电池可以按需向相关联的负载设备可逆地供电。更具体而言，可以通过锂离子电池向负载设备提供电力，直到负极的锂含量被有效耗尽。然后，可以通过在电极之间以相反的方向通入合适的直流电来将该电池再充电。

在放电过程中，负极可以含有相对较高浓度的嵌入锂，其被氧化成锂离子和电子。锂离子可以例如通过插入的多孔隔膜的孔隙内所含的离子导电电解质溶液从负极移动到正极。同时，电子从负极通过外部电路传送至正极。这样的锂离子可以通过电化学还原反应被吸收到正极材料中。可以通过外部电源在电池的可用容量部分或完全放电后将该电池再充电或再生，这逆转了放电过程中发生的电化学反应。

但是，在各种情况下，例如由于在首次循环过程中在负极上形成了固体电解质中间相（SEI）层，以及由于连续固体电解质中间相破裂而导致的持续的锂损失，一部分嵌入锂在首次循环后残留在负极中。锂离子的这种永久损失可能导致电池中的比能量和比功率降低，这是由于不参与电池的可逆运行的正极质量增加。例如，锂离子电池在首次循环后可能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。因此，期望开发能够解决这些挑战的改进电极和制造用于电化学电池的改进电极的方法。

发明内容

本部分提供本公开的总体概述，而并非其全部范围或其全部特征的全面公开。

在各个方面，本公开提供了在包括至少一个电极的电化学电池中补偿由循环诱导的锂消耗所导致的容量损失的方法。该方法包括将锂化添加剂添加到所述至少一个电极中以产生锂源，所述锂源补偿当在所述电化学电池中循环锂时发生的循环诱导的锂损失，使得电化学电池经历任何锂循环之前的初始容量的小于或等于大约5%的总容量损失。锂化添加剂包含由式Li_uH_r表示的锂硅酸盐，其中H_r = Li_y-uSiO_z，且其中0 ≤ y ≤ 3.75，0 ≤ z≤ 2，并且u是y的可用部分，0 ≤ u ≤ y。

在一方面，锂源可以包含Li₄SiO₄和Li_mSi，其中0 ≤ m ≤ 4.4。