[发明专利]用于锂离子电池的阳极材料及其制备和使用方法

说明书

本发明公开了一种电化学活性材料，在被引入电化学全电池中之前，所述电化学活性材料包括对应于所述电化学活性材料的可逆容量介于4％和50％之间的可逆锂。所述电化学活性材料具有介于0.05％和0.2％之间的锂消耗率。

技术领域

本公开涉及可用于锂离子电池阳极中的组合物及其制备和使用方法。

背景技术

已经引入各种阳极组合物以在锂离子电池中使用。此类组合物在例如美国专利7,871,727、7,906,238、8,071,238和8,753,545中有所公开。

发明内容

在一些实施方案中，提供了电化学活性材料。在被引入电化学全电池中之前，电化学活性材料包括对应于电化学活性材料的可逆容量介于4％和50％之间的可逆锂。电化学活性材料的锂消耗率介于0.02％和0.2％之间。

在一些实施方案中，提供了电极组合物。电极组合物包括上述电化学活性材料和粘结剂。

在一些实施方案中，提供了负极。负极包括集电器和上述电极组合物。

在一些实施方案中，提供了电化学电池。电化学电池包括上述负极、包括含锂正极组合物的正极和含锂电解质。电化学材料电池未经历初始的充电/放电循环。

在一些实施方案中，提供了制备电化学电池的方法。该方法包括：提供包括含锂正极组合物的正极，提供如上所述的负极，提供含锂电解质，以及将正极、负极和电解质引入电化学电池中。

本公开的以上发明内容不旨在描述本公开的每个实施方案。本公开中的一个或多个实施方案的细节也阐述在以下说明中。依据具体实施方式和权利要求书，本公开的其它特征结构、目标和优点将显而易见。

附图说明

结合附图来考虑本公开的以下各种实施方案的详细描述可以更完全地理解本公开，其中：

图1示出全电池组件与锂金属相比时，正极(阴极)和负极(阳极)的电压曲线示意图。

图2示出循环时负极处的锂消耗对电化学全电池影响的示意图。

图3示出作为循环的函数的能量密度，该循环来自标准全电池(未预锂化)的电池模型和负极预锂化使得在组装电池时存在占电极可逆容量30％的可逆锂的全电池的电池模型。

图4示出在给定的锂消耗率下300(灰色)或500(黑色)次循环之后最大化能量密度所需的预锂化计算量(实线)，以及300(灰色)和500(黑色)次循环之后电池的叠加能量密度(虚线)，单位为Wh/L。

图5示出叠加能量密度与电化学全电池的循环次数，其中具有和不具有预锂化构成实施例和比较例。

具体实施方式

包含与锂形成合金的元素(例如，Mg、Ca、Sr、Ag、Zn、B、Al、C(无定形的)、Si、Sn、Pb、Sb和Bi)的电化学活性材料可用作高能量密度电池的负极材料。实现此类合金的大多数工作将重点放在改善可在半电池中检测到的容量衰减。半电池中的容量衰减通常归因于粘结剂失效或颗粒断开连接。由于锂金属电极提供锂贮存器，因此无法在半电池中检测出合金发生的消耗锂的寄生反应。出人意料的是，发现在负电极经过精心设计的全电池中，显著量的容量衰减是由于合金处发生寄生反应造成的，该寄生反应与粘结剂失效相反，不可逆地消耗锂。由于阴极具有有限量的可用锂，合金上的任何寄生反应导致全电池中的容量衰减。观察到每次循环的锂消耗率为可逆容量的0.01％或更大。