[发明专利]使用电解质锂化金属阳极的方法

说明书

本申请涉及使用电解质锂化金属阳极的方法。提供了制备循环锂离子的电化学电池的方法。所述方法包括使用第一电解质锂化电活性材料并使锂化的电活性材料与第二电解质接触以形成电化学电池。锂化所述电活性材料包括使电活性材料与第一电解质接触以形成预处理的电活性材料；使锂源与预处理的电活性材料接触；和向锂源和预处理的电活性材料施加压力以形成锂化的电活性材料。第一电解质包含大于或等于大约10重量%至小于或等于大约50重量%的一种或多种溶剂，其选自包括例如碳酸氟代亚乙酯(FEC)。第二电解质包含小于或等于大约5重量%的环状碳酸酯和在某些方面中包含一种或多种电解质添加剂。

技术领域

本申请涉及使用电解质锂化金属阳极的方法和制备循环锂离子的电化学电池(cells)的方法。

背景技术

本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

本公开涉及用于锂离子电化学电池的电极中的电活性材料和电解质以及制造它们的方法，例如使用用于包括锂化的金属阳极的电化学电池中的电解质配方和电解质添加剂来锂化电活性材料(例如金属阳极)的方法。

需要先进的能量储存装置和系统以满足各种产品的能量和/或动力需求，所述产品包括汽车产品，例如启停系统(例如12V启停系统)、蓄电池(battery)辅助系统、混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)。典型的锂离子蓄电池包括至少两个电极和电解质和/或隔离件。两个电极之一充当正电极或阴极，另一个电极充当负电极或阳极。隔离件和/或电解质可以设置在负电极与正电极之间。所述电解质适于在电极之间传导锂离子，并且如同两个电极，可以为固体和/或液体形式和/或其混杂物。在固态蓄电池(其包括固态电极和固态电解质)的情况中，固态电解质可以物理分隔电极，从而不需要单独的隔离件。

常规的可再充电锂离子蓄电池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，在蓄电池充电过程中，锂离子可以由正电极移动到负电极，并当蓄电池放电时以相反方向移动。此类锂离子蓄电池可以按需向相关负载设备可逆地供电。更具体而言，可以通过所述锂离子蓄电池向负载设备提供电能，直到负电极的锂含量被有效耗尽。然后可以通过在电极之间以相反方向传送合适的直流电流来对蓄电池进行再充电。

在放电过程中，负电极可以含有相对高浓度的嵌入锂，所述嵌入锂被氧化成锂离子和电子。锂离子可以例如通过包含在插入的多孔隔离件的孔隙中的离子导电电解质溶液由负电极输送到正电极。同时，电子通过外部电路由负电极传送至正电极。这些锂离子可以通过电化学还原反应融入正电极的材料中。在其可用容量部分或完全放电后，可以通过外部电源将蓄电池再充电或再生，其逆转放电过程中发生的电化学反应。

然而，在各种情况中，特别是在包含例如硅的电活性材料的情况中(其中硅具有最高的已知理论充电容量(charge capacity)，使其成为用于可再充电锂离子蓄电池的最有前途的材料之一，但是硅在连续充电和放电过程中经历过度的体积膨胀和收缩(例如300%))，由于例如在首次循环(first cycle)过程中在负电极上形成Li_xSi_yO_z和/或固体电解质界面(SEI)层，以及由连续固体电解质界面破裂导致的持续锂损失，一部分嵌入锂在首次循环之后保持与负电极在一起。由于不参与蓄电池的可逆运行的正电极质量增加，所以此类锂离子的永久损失可能导致蓄电池中降低的比能量和功率。例如，锂离子蓄电池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。

锂化，例如预锂化，可以弥补此类容量损失。但是，常见的锂化方法(例如电化学和层压方法)需要半电池制造和拆卸和/或低产率过程，这些是耗时的并且通常因成本高昂而受限。这些方法通常还产生不可行的材料，例如具有不合意的厚度的阳极。因此，合意的是开发可以解决这些挑战的用于电化学电池的改进的电活性和电极材料以及制造它们的方法。

发明内容

本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。