[发明专利]锂离子蓄电池的阳极材料及其制作和使用方法

说明书

本发明公开了一种电化学活性材料，所述电化学活性材料包括包含硅的活性相和具有大于5纳米的Scherrer晶粒尺寸的至少一种非活性相。所述材料的具有大于5纳米的Scherrer晶粒尺寸的每个非活性相与Li₁₅Si₄的晶格失配大于5％。

技术领域

本公开涉及可用于锂离子蓄电池的阳极中的组合物及用于制备和使用该组合物的方法。

背景技术

在锂离子蓄电池中已引入多种阳极组合物以供使用。此类组合物在例如美国专利7,906,238和8,753,545中有所描述。

发明内容

在一些实施方案中，提供了电化学活性材料。该电化学活性材料包括包含硅的活性相；和至少一种非活性相，其具有大于5纳米的Scherrer晶粒尺寸；该材料的具有大于5纳米的Scherrer晶粒尺寸的每个非活性相与Li₁₅Si₄的晶格失配大于5％。

在一些实施方案中，提供了电极组合物。该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。该负极包括集电器和上述的电极组合物。

在一些实施方案中，提供电化学电池。该电化学电池包括上述负极、包含含有锂的正极组合物的正极和包含锂的电解质。

在一些实施方案中，提供了一种制作电化学电池的方法。该方法包括提供包含含锂的正极组合物的正极，提供如上所述的负极，提供包含锂的电解质，并将该正极、负极和该电解质合并为电化学电池。

本公开的以上概述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。依据说明书和权利要求书，本公开的其它特征、对象和优点将显而易见。

附图说明

结合附图来考虑本公开的各种实施方案的以下详细描述可更全面地理解本公开，其中：

图1示出了实施例1的样品的X射线衍射(XRD)图案。

图2示出了在脱锂化反应期间容量的导数除以实施例1的电压(dQ/dV)作为电压的函数。

具体实施方式

硅(Si)基合金是石墨作为下一代高能量密度锂离子蓄电池的阳极材料的有前途的替代品，这至少部分是由于它们较高的能量密度。然而，充足的循环寿命仍然是硅基合金商业化的重大挑战。

在过去的几年里，针对锂离子蓄电池的硅基材料出现了几个设计参数。当微米尺寸的Si完全锂化时，已知形成晶体Li₁₅Si₄相。该结晶相的存在与较差的循环寿命相关，并且其可通过半电池中的电压曲线的dQ/dV分析来建立。活性/非活性合金是用于抑制Li₁₅Si₄形成的公认方法。当该活性相(例如，Si)和该非活性相(例如，金属硅化物)的域尺寸足够小时，在整个锂化和脱锂化中Si域保持非晶形，并抑制Li₁₅Si₄的形成。最近的发现表明，抑制Li₁₅Si₄的形成是由于应变/电压耦合所致，其中源于该非活性相的应变降低了该锂化势能并且避免了Li₁₅Si₄的形成。[Du等人，J.Electrochem.Soc.(电化学学报)，162(9)，A1858-A1863(2015)]