[发明专利]通过气相沉积保形涂覆可充电锂离子电池的锂阳极

说明书

提供了电化学电池的含锂负极，以及制造这种含锂负极的方法。所述方法包括在气相沉积方法中将第一前体和第二前体沉积到包含锂的负极材料的一个或多个表面区域上。第一前体和第二前体进行反应，在一个或多个表面区域上形成无机‑有机复合物表面涂层。第一前体包含含有巯基的有机硅烷，第二前体包含无机硅烷。

引言

该部分提供与本公开相关的信息的背景，其不必然是现有技术。

本公开有关电化学电池的含锂负极，以及通过将至少两种不同前体在 包含锂的负极材料的一个或多个表面区域上气相沉积的方法来制造这种 含锂负极的方法，其中所述前体进行反应，在一个或多个表面区域上形成 无机-有机复合物表面涂层。

像锂离子电池这样的高能量密度的电化学电池可用于各种消费品和 车辆中，例如混合电动车辆(HEV)和电子车辆(EV)。典型的锂离子、 锂硫和锂锂对称电池包括第一电极、第二电极、电解质材料和隔膜。一个 电极充当正极或阴极，另一个充当负极或阳极。一叠电池单元可电连接以 增加总输出。常规的可充电锂离子电池通过在负极与正极之间可逆地来回 传递锂离子运行。隔膜和电解质布置于负极与正极之间。电解质适合传导 锂离子，并且可以是固体形式(例如固态扩散)或液体形式。锂离子在电 池充电过程中从阴极(正极)向阳极(负极)移动，在电池放电时则以相 反方向进行。

可使用许多不同的材料来产生锂离子电池的组分。常规负极材料包括 锂插入材料或合金主体材料，例如碳基材料，例如锂石墨嵌入化合物，或 者锂硅化合物、锂锡合金和钛酸锂Li_4+xTi₅O₁₂，其中0≤x≤3，例如Li₄Ti₅O₁₂ (LTO)。其中负极还可由金属锂制成，这样电化学电池被看作锂金属电 池或电池单元。用于可充电电池负极的金属锂具有各种潜在的优势，包括 具有最高的理论容量和最低的电化学势。因此，包含锂金属阳极的电池可 具有更高的能量密度，其可潜在地将存储容量加倍，以便可将电池尺寸减 半，但仍然保持与其它锂离子电池相同量的时间。因此，锂金属电池对于 高能存储系统是最有前景的候选之一。但是，锂金属电池还具有潜在的不 利方面，包括可能会展现出不可靠的或降低的性能，并且还可能会展现出 过早的电化学电池失效。

锂负极的性能降低存在两种主要原因。在锂金属与邻近电解质(其布 置于正极与负极之间)中的物质之间可能会发生反应，其可能会损害可充 电锂电池的库仑效率和循环寿命。另外，当锂金属被重新充电时，树枝状 或纤维状的金属结构(称作枝晶)可在负极上生长。金属枝晶可形成尖锐 突起，其可能会刺穿隔膜并引起内部短路，这可能会通过热失控导致电池 自放电或电池失效。因此期望开发用于高能量电化学电池的可靠的高性能 含锂负极材料，其会减少或抑制锂金属枝晶的形成。

发明内容

这一部分提供本公开的一般概述，但不是其全部范围或其全部特征的 综合公开。

在各种方面，本公开提供制造电化学电池的含锂负极的方法。在一个 变型中，所述方法包括在气相沉积方法中在包括锂的负极材料的一个或多 个表面区域上沉积第一前体和第二前体。第一前体包括含有巯基的有机硅 烷，第二前体包括无机硅烷。第一前体与第二前体进行反应，在一个或多 个表面区域上形成无机-有机复合物表面涂层。

在一个方面，第一前体包括3-巯基丙基三甲氧基硅烷，第二前体包 括原硅酸四乙酯。

在一个方面，无机-有机复合物表面涂层包括第一硅酸锂(Li_xSiO_y) 基团和第二巯基烷基基团，其中0≤x≤4，0≤y≤2。

在一个方面，第一前体选自由以下组成的群组：3-巯基丙基三甲氧基 硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷(巯基甲基)甲基二乙氧基硅烷、3-巯基丙 基甲基二甲氧基硅烷、11-巯基十一烷氧基三甲基硅烷、及其组合，第二 前体选自由以下组成的群组：原硅酸四乙酯、原硅酸四甲酯、原硅酸四异 丙酯、及其组合。