[发明专利]LI-离子电池负极的稳定化

说明书

提供一种Li‑离子电池，其包括正极，包括活性颗粒的负极，使所述负极和所述正极进行离子连接的电解质，使所述负极和所述正极进行电隔离的隔膜，和引入所述负极或所述隔膜中的至少一种氢氟酸中和剂。还提供一种Li‑离子电池，其包括正极、包括活性颗粒的负极、使所述负极和所述正极进行离子连接的电解质、和使所述负极和所述正极进行电隔离的隔膜，其中所述电解质由酰亚胺盐和选自由LiPF₆、LiBF₄和LiClO₄组成的组的至少一种盐的混合物形成。还提供一种Li‑离子电池负极，其包括活性材料核和至少部分包裹所述活性材料核的保护涂层，其中所述保护涂层包括耐氢氟酸渗透的材料。

相关申请的交叉参考

本专利申请要求2012年2月6日提交的题为“Li-离子电池负极的稳定化”的美国非临时专利申请13/366,594的优先权和2011年2月7日提交的题为“包含硅负极的Li离子电池的稳定化”的美国临时专利申请61/440,104的优先权，将它们明确地引入本文以作参考。

技术领域

本公开内容一般涉及储能设备，更特别地涉及锂离子电池技术。

背景技术

部分地由于锂离子(Li-离子)电池相对高的能量密度、轻重量和寿命长的潜力，锂离子(Li-离子)电池被广泛用于消费类电子产品。事实上，Li-离子电池已经在许多应用中基本上取代了镍-镉和镍-金属-氢化物电池。尽管它们越来越商业普及，但仍需要Li-离子电池的进一步开发，特别是对于在低-或零排放混合动力或全电动汽车、消费类电子产品、高效节能的货船和火车、航天和电网中的潜在应用的开发。该高功率应用要求具有比用于当前存在的Li-离子电池中的那些更高的电容率的电极。

目前，碳类材料(例如，石墨)用作Li-离子电池中的主要负极材料。石墨形式中的碳(C)具有约372毫安小时/每克(mAh/g)的最大或理论上的电容率，但是在形成循环期间遭受显著的电容损失。显著地，在第一次充电循环期间，石墨经历高水平的不可逆性，这意味着显著量的锂离子嵌入石墨负极，但是在电池放电时不从负极脱嵌。这导致碳类材料的有限的电容。

已经在研究多种高电容的材料以克服这些缺陷。例如，硅类材料作为负极候选材料得到极大关注，因为它们显示大于常规石墨的电容率的量级的电容率。硅(Si)具有所有金属中最高的理论上的电容率，封顶在约4200mAh/g。不幸的是，硅遭受其自身的显著的阻碍。

Si-类负极材料的首要缺点是在电池的充电循环期间分别由于锂离子合金化或去合金化而出现的体积膨胀和收缩。在一些情况下，硅类负极能够显示增加和随后减少高达约400%体积。这些由负极材料经历的高水平应变可引起对负极的不可逆的机械损害。最终，这能够导致负极和下方集电体之间的接触的损失。

因而，尽管负极材料中得到的优点，但Li-离子电池在其应用中仍有一定的限制。因此，仍然存在对于改进Li-离子电池中的负极的需要。特别地，实现稳定的负极性能对于许多高电容的材料仍是挑战。这些改进的负极和最终改进的Li-离子电池可以开拓新的应用，如上述设想的所谓的高功率应用。

发明内容

这里公开的实施方案通过提供改进的Li-离子电池组件、由其制造的改进的Li-离子电池以及制造和使用其的方法来解决上述需求。