[发明专利]锂离子电池

说明书

锂离子电池，其中正电极包括部分地锂化的材料作为活性材料，并且负电极包括部分地锂化的材料作为活性材料。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池以及一种用于制备锂离子电池的方法。

背景技术

根据现有技术，参见例如T.在R.Korthauser,Handbuch Lithium-Ionen-Batterien，第9章，Springer Verlag Berlin Heidelberg 2013关于(二次)锂离子电池的内容或者参见例如文献EP0017400A1，用完全脱锂的阳极(典型地为不含锂的石墨阳极)和100％锂化的阴极(例如在作为LiCoO₂的晶格中具有最大锂含量的所谓锂钴氧化物(LCO)阴极)来制备锂离子电池(LIZ)。

在制备中当闭合LIZ的壳体之后，所述电池首先处于未充电的状态，也就是说，负电极(也被称为阳极)的石墨首先没有负载锂(Li)。可循环的锂首先完全存在于正电极(也被称为阴极)中。

为了使LIZ准备好进行应用，一开始需要将LIZ充电，即所谓的化成(Formation/Formierung)。在此首次将LIZ充电直至允许的充电结束电压，然后任选地首次放电至允许的放电结束电压。在第一次充电过程中，在负电极的石墨表面周围形成保护层，所述保护层被称为电极-电解质界面(固态电解质界面，缩写为SEI)。SEI是锂离子导体并且包含永久的含锂化合物，使得因此结合的Li的量永久无法用于循环。这些反映Li损失的化合物通常为Li₂CO₃，其典型地作为电解质分解产物结合在SEI中并且不再参与其它电化学反应。

例如，根据T.在R.Korthauser,Handbuch Lithium-Ionen-Batterien，Springer Verlag Berlin Heidelberg 2013中，在智能手机中应用时主要使用包含LiCoO₂和石墨的软包电池作为锂离子电池。在第一次充电时充电至最高4.2V，其中在这个边界条件下约50摩尔％的Li离子从LiCoO₂中脱出。在这些Li离子第一次嵌入到石墨阳极时，导致电解质在阳极上的分解，其中分解产物如Li₂CO₃包含锂离子，因此不能插入阳极中。电解质分解产物的形成是不可逆的，并且不再将由此结合的锂提供给其它电化学反应或循环。在第一次放电和进一步的充电-放电过程时，相应地将更少的Li离子提供给循环。即，第一次放电容量小于第一次充电容量。这种损失也被称为化成损失。所述化成损失尤其与所使用的阳极类型和电解质定量地相关。

在化成时存在如下反应

[阴极：2.4LiCoO₂]+[阳极：C₆(石墨)]→[阴极：2.4Li_0.5CoO₂]+[阳极：LiC₆]+0.1Li₂Co₃(SEI)。

在以下放电反应中，呈Li_0.5CoO₂形式的过量的脱锂的阴极材料作为损失材料保留，所述损失材料在不参与循环过程的情况下被过量地夹带在LIZ中。在由天然石墨制成的负电极与正LCO电极组合的情况下，损失材料为活性LCO的约10％，也就是说，在制备时以相对于标称容量10％的过量来提供材料LCO。

发明内容

本发明的目的在于描述一种改进的锂离子电池和一种改进的用于制备锂离子电池的方法。

该目的通过根据本发明的锂离子电池以及根据本发明的用于制备锂离子电池的方法来实现。

具体地，本发明提供以下技术方案：

项目1.锂离子电池，

其特征在于，

-正电极包括部分地锂化的材料作为活性材料，并且