[发明专利]用于锂离子蓄电池的预锂化的溶液

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年6月12日提交的美国临时专利申请号62/011358和2015年6月10日提交的美国专利申请号14/736159的优先权，通过引用将其以其全文并且出于所有目的并入本文。

发明背景

发明领域

本发明一般涉及锂离子电化学电池，更具体涉及用于对其预锂化的材料和方法。

锂离子蓄电池通过由正电极驱动锂离子到负电极存储能量，并且蓄电池通过将锂离子从负电极转移到正电极释放能量。蓄电池中的一些锂离子参与防止它们有助于蓄电池的能量存储容量的副反应。例如，形成在负电极和正电极上的钝化电解质膜(它们通常被称为固体电解质相间(SEI)膜)是耗锂副反应的结果。可以减少可用于能量存储的锂数量的其他现象包括反应诸如永久俘获负电极中的锂离子。这在当禁止蓄电池电压下降到足够低至放电以释放在负电极中存储的全部锂时可发生。

这样的副反应通常在蓄电池的第一个循环中具有其最大的影响，对于各种蓄电池化学，第一循环的效率一般下降到70％-95％。副反应持续整个蓄电池的循环寿命；而对于大多数应用来说，远远高于99％的第一循环后的效率是所需的。在副反应中的锂离子的反应具有降低蓄电池的初始容量和降低蓄电池的循环寿命的不希望的影响。

库仑效率是特定循环中放电容量与充电容量的比率。硅基负电极是所期望的，因为它们每单位重量可以存储更多的锂(相比碳基负电极)，该硅基负电极因副反应和锂俘获效应而通常在初始循环中具有低的库仑效率。

典型地，完全通过含锂的阴极活性材料供给锂离子电池中的锂存量。可以将额外正电极材料加入到电池以补偿副反应和消耗或俘获锂离子的其他现象。相比大多数负电极，每单位质量的大多数正电极存储较少的锂，并且添加额外的正电极材料减少电池的能量密度。

发明概述

在一个方面，提供了一种预锂化溶液，其包含：溶剂，溶于溶剂中以形成预锂化溶液的锂基盐，其中预锂化溶液配置成在第一电压下在含锂正电极处电化学反应，并且其中可以在第二电压及以上从正电极移除锂，该第二电压高于第一电压。

在一些实施方案中，该预锂化溶液还包括在第一电压下不分解的离子传导性锂基盐。离子传导性锂基盐的实例包括六氟磷酸锂(LiPF₆)、双-三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、六氟砷酸锂一水合物(LiAsF6)、高氯酸锂(LiClO₄)、双(草酸)硼酸锂(LiBOB)、草酰基二氟硼酸锂(LiODFB)、LiPF₃(CF2CF₃)₃(LiFAP)、LiBF₃(CF₂CF₃)₃(LiFAB)、LiN(CF₃SO₂)₂、LiN(C₂F₅SO₂)₂、LiCF₃SO₃、LiC(CF₃SO₂)₃、LiPF₄(CF₃)₂、LiPF₃(C₂F₅)₃、LiPF₃(CF₃)₃、LiPF₃(异-C₃F₇)₃、LiPF₅(异-C₃F₇)、具有环状烷基的锂盐(例如(CF₂)₂(SO₂)_2xLi和(CF₂)₃(SO₂)_2xLi)、及其组合。组合的实例包括LiPF₆和LiBF₄、LiPF₆和LiN(CF₃SO₂)₂、LiBF₄和LiN(CF₃SO₂)₂。