[发明专利]预锂化且碳涂覆的阳极活性材料

说明书

本发明涉及制造用于锂电池的阳极活性材料的方法。为了改进配备有通过该方法制造的阳极活性材料的锂电池的循环行为，将阳极活性材料锂化并用碳涂覆。此外，本发明涉及相应的阳极活性材料、化学气相沉积装置和锂电池。

本发明涉及制造用于锂电池的阳极活性材料的方法、阳极活性材料、化学气相沉积装置和锂电池。

现有技术

硅是用于下一代锂离子-电池组的最有希望的阳极材料之一，因为硅提供极高容量，其例如在相对于锂大约0.4 V下为3670 mA/g并且可为石墨容量的大约十倍。

但是，基于纳米硅的传统阳极通常不具有良好的循环行为，因为在循环时硅经历极端的体积变化。例如，硅在锂化时可发生高达大约300 %的体积膨胀。

传统上，在电池的第一次循环过程中或在阳极活性材料的第一次锂化过程中，固体电解质界面层，所谓的SEI-层（SEI；英语：固体电解质界面）由该阳极材料的表面上的电解质分解产物形成。

在硅作为阳极活性材料的情况下，SEI-层可由电解质分解产物形成。但是，SEI-层在硅的情况下不稳定，并随着继续的体积膨胀而不断破裂，并为所述电解质暴露出新的反应表面，这可能导致不断的SEI-形成和最终导致形成具有许多裂缝和使该层在后续循环过程中易于破裂的其它缺陷的不均匀层。

印刷文献US 2010/0173198 A1涉及具有预锂化的阳极的二次锂离子电池组。

印刷文献UD 2007/0099084 A1涉及高容量（hochkapazitiv）电极及其制造方法。

印刷文献US 2012/0100438 A1涉及含有高容量、多孔且由壳界定的活性材料的复合材料。

发明公开内容

本发明的主题是制造用于锂电池的阳极活性材料的方法。

锂电池可以被理解为特别是指电化学电池，例如电池组单元，例如二次或一次电池组单元，锂参与其电化学反应。例如，锂电池可以是锂离子电池或锂-硫-电池或锂-氧-电池，例如锂-空气-电池。

在所述方法中，可以特别将阳极活性材料锂化并用碳涂覆。例如，可以在该方法中（首先）将阳极活性材料锂化并且（然后）将锂化的阳极活性材料用碳涂覆。

在一个实施方案中，所述阳极活性材料包含硅。例如，该阳极材料可以由硅形成。

所述阳极活性材料可以例如以阳极活性材料颗粒的形式形成。在此，该阳极活性材料颗粒可以包含硅或由其形成。例如，该阳极活性材料颗粒可以以硅颗粒的形式形成。在此特别地，可以将例如锂化的阳极材料颗粒，例如硅颗粒用碳涂覆。

通过锂化——这特别可以伴随着锂合金形成，该阳极活性材料，例如阳极活性材料颗粒，例如硅颗粒膨胀，以使得锂化（并因此膨胀）的阳极活性材料，例如阳极活性材料颗粒，例如硅颗粒用碳涂覆。

该方法有利地使得能够合成具有稳定化表面层的锂化（并因此膨胀）的阳极活性材料，例如锂化（并因此膨胀）的阳极活性材料颗粒，例如硅颗粒。有利地，可以由此提供如下阳极活性材料，其特别可以膨胀直至其最大体积，例如直至其体积的大约四倍，例如至其体积的3.75倍或更多，在完全锂化的硅（Li_maxSi，例如其中(≥) 3.75 Li/Si，例如Li_3.75Si或Li_4.4Si）的情况下，并具有碳表面涂层。特别地，可以由此有利地提供阳极活性材料颗粒，例如硅颗粒，其特别可以膨胀直至其最大体积，例如直至其体积的大约四倍，例如至其体积的3.75倍或更多，在完全锂化的硅（Li_maxSi）的情况下，并具有碳表面涂层。在此，该碳表面涂层可以有利地充当保护层和电解质-阻隔物以及此外赋予导电性。