[发明专利]阳极组合物及阳极预锂化方法

说明书

本发明提供了一种用于锂离子电池的新颖阳极组合物，该新颖阳极组合物包含：硅基活性材料、选自聚酰亚胺酸和聚酰亚胺的粘合剂、以及锂盐，其中该锂盐能够在从200℃至400℃的温度下分解为氧化锂和/或过氧化锂。本发明还提供了一种用于制备阳极的方法、一种用于预锂化该阳极的方法、以及一种包括该阳极的锂离子电池。

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子电池的阳极组合物，该阳极组合物包含：硅基活性材料、选自聚酰亚胺酸和聚酰亚胺的粘合剂、以及锂盐，其中该锂盐能够在200℃至400℃的温度下分解为氧化锂和/或过氧化锂。本发明还涉及一种用于制备阳极的方法、一种用于预锂化该阳极的方法、以及一种包括该阳极的锂离子电池。

技术背景

锂离子电池目前已广泛用于储能系统和电动车辆。

硅由于其大的理论容量和中等的运行电压而是用于锂离子电池的阳极的有前途的活性材料。然而，在锂化/脱锂化过程期间，硅经历了显著的膨胀和收缩。此巨大的体积变化损害锂离子电池的电化学性能。此外，阳极表面的硅与电解质不希望地反应以形成固体电解质界面(SEI)，导致锂离子电池的快速容量衰减。

已经提出向阳极中添加氧化锂或过氧化锂，以便预锂化阳极并且补偿容量衰减。随后将经预锂化的阳极组装到锂离子电池中。但由于氧化锂和过氧化锂的高活性，预锂化步骤之后的电池生产程序需要具有良好控制的湿度的操作环境，这增加了锂离子电池的制造成本。另外，由于氧化锂和过氧化锂粉末对人体皮肤和粘膜具有腐蚀性或刺激性，因此在工业生产中需要完全防护。

对更具吸引力并且更可靠的锂离子电池存在持续的需求。

发明内容

在深入研究之后，诸位发明人已经开发出一种用于锂离子电池的新颖阳极组合物，该新颖阳极组合物包含：

硅基活性材料；

选自聚酰亚胺酸和聚酰亚胺的粘合剂；以及

锂盐，其中该锂盐能够在从200℃至400℃、优选从300℃至370℃、更优选约340℃至360℃的温度下分解为氧化锂和/或过氧化锂。

在一些实例中，该阳极组合物进一步包括碳材料。

还提供了一种用于制备阳极的方法，该方法包括：

将根据本公开的阳极组合物的所有组分与溶剂混合，以形成浆料；以及

将该浆料施用到阳极集流体上。

还提供了一种用于预锂化根据本公开的方法制备的阳极的方法，该方法包括：将阳极加热至从200℃至400℃、优选从300℃至370℃、更优选约340℃至360℃的温度，以便将该锂盐分解为氧化锂和/或过氧化锂。

还提供了一种锂离子电池，其包括根据本公开的方法制备的阳极或根据本公开的方法预锂化的阳极。

诸位发明人首次确切地将聚酰亚胺和/或聚酰亚胺酸与特定的锂盐组合。在原位加热时，锂盐可能分解为氧化锂和/或过氧化锂。由此获得的氧化锂和/或过氧化锂可以为阳极提供额外的锂并补偿容量衰减，并且因此显著地改善电池性能(如初始库仑效率和循环稳定性)。

与已知的直接使用氧化锂或过氧化锂的方法相比，本公开使用锂盐作为氧化锂和/或过氧化锂的前体，该前体是环境友好的并且易于操作并且不需要特殊的操作条件。

此外，聚酰亚胺具有良好的机械强度，并且在锂盐的分解温度下是稳定的。因此，聚酰亚胺优于电池中使用的常规粘合剂(如聚偏二氟乙烯(PVDF)和羧甲基纤维素钠(CMC))。

附图说明

后面的详细描述与附图一起以示例的方式解释说明了技术的特征，由此，本公开的其他特征和优点将变得清楚；其中：

图1比较了根据本公开的实施例和对比例的电池单元的循环性能。