[发明专利]具有形成辅助材料的聚合物电解质锂电芯

说明书

本发明涉及聚合物电解质锂电芯（10），其包括阳极（11）、阴极（12）和布置在所述阳极（11）和所述阴极（12）之间的隔板（13）。在此，所述阳极（11）包括金属锂。所述隔板（13）和/或所述阴极（12）在此包括至少一种聚合物电解质。所述阴极（12）在此包括至少一种锂嵌入材料和/或锂插入材料，其具有≥2.5V的相对于锂的氧化还原电势。为了提供具有降低的界面电阻和改善的容量的聚合物电解质锂电芯，所述阴极（12）还包括至少一种形成辅助材料，其能在相对于锂为2.5V至1.5V之间范围内的电势下被还原并能与锂反应。另外，本发明还涉及这样的聚合物电解质锂电池和形成方法。

技术领域

本发明涉及聚合物电解质锂电芯、聚合物电解质锂电池和形成方法。

背景技术

借助于锂电芯和锂电池可以存储电能，这些锂电芯和锂电池将化学反应能转化为电能。在此，电池可以包括一个或尤其多个电芯，并且可以是一次电池或二次电池。在此，一次电池只能使用一次，而二次电池（也称为蓄电池）可以重新充电。

锂电芯，例如锂离子电芯，被尤其使用于二次电池或蓄电池中，并具有阴极（也称为正电极）和阳极（也称为负电极）以及布置在阳极和阴极之间的隔板。在此，阴极和阳极各自包含通常分别附接到集流体上的活性材料。

在常规的锂离子电芯中，经常使用金属氧化物作为阴极活性材料，而使用石墨、无定形碳（例如所谓的硬碳）、硅和/或钛酸锂被用作阳极活性材料。在生产结束时，通常用液体电解质填充常规的锂离子电芯。为了有目的地在阳极上以及任选地也在阴极上产生保护层，即所谓的SEI层（固体电解质界面/相间层），通常对常规的锂离子电芯和电池实施这样的形成步骤，即在其中将特定电势施加到阳极和阴极，以便有利地氧化和/或还原液体电解质中的特定物质。用这样的方式也可以除去杂质。形成后，可以从电芯中除去产生的气体并气密地密封电池。例如在US2018/034097A1公开文献中描述了这样的过程。

聚合物电解质锂电芯包含至少一种聚合物电解质。在此，阴极和/或隔板可以包含所述至少一种聚合物电解质。在这样的情况下，也可以进行一种类型的形成，其也称为预放电。在此，该形成通常通过这样的方式进行，即阴极上的电势逐步地或线性地降低到1.5V以下。由此可以将在阴极处的杂质，例如水和/或溶剂残留物，还原为气态物质，并以这种方式将其去除。在此，阴极处的还原反应会消耗锂，锂通过从金属锂氧化为锂离子（Li⁺）而从阳极脱离。在此，在包含金属锂的阳极情况下，例如锂金属阳极情况下，例如锂金属箔形式的锂金属阳极情况下，可以使阳极的最上层脱离，从而形成“新鲜的”金属表面。但是，如果电势太低，则电芯中可能发生不良反应。

公开文献US2018/048018A1涉及将力应用到电化学电芯。

发明内容

本发明的主题是聚合物电解质锂电芯、尤其聚合物电解质锂离子电芯，其包括阳极、阴极和布置在所述阳极和所述阴极之间的隔板。在此，所述阳极包括金属锂。所述隔板和/或所述阴极在此包含至少一种聚合物电解质。所述阴极在此包含至少一种锂嵌入和/或插入材料，其具有尤其相对于金属锂≥2.5V的氧化还原电势。

在此，所述阴极尤其还包含至少一种形成辅助材料，其能在尤其相对于金属锂（Li/Li⁺）的2.5V至1.5V之间范围内的电势下被例如可逆地或不可逆地还原和能与锂反应。

由于这种形成辅助材料，可以有利地清洁阳极的表面，并且例如可以产生“新鲜的”金属表面，而不必为此在阴极上施加如此低的电势，使得在电芯中不发生尤其是所述至少一种聚合物电解质的不希望的反应，例如聚环氧乙烷（PEO）的不希望的反应。

这样可以有利地避免电池中的不希望反应，例如至少一种聚合物电解质的不可逆的反应，例如聚环氧乙烷的不可逆反应。