[发明专利]用于形成Li离子电池单元的方法

说明书

本发明涉及一种用于形成包括阴极材料、阳极材料、隔膜和电解质的Li离子电池单元的方法，该电解质包括聚环氧乙烷和式为LivLasZnOn的氧化物的混合物，其特征在于，该方法包括以下连续的循环步骤：(a)以第一循环速率C/x对该电池单元进行至少两次连续充电和放电循环，这些充电/放电步骤的时间限制为x/2；(b)以不同于该第一循环速率的第二充电速率C/y对该电池单元进行至少两次连续的充电和放电循环，其中，y小于x，这些充电/放电步骤的时间限制为y/2；以及(c)以不同于该第一充电速率和该第二充电速率的第三循环速率C/z对该电池单元进行至少两次连续的充电和放电循环，其中，z小于x和y，这些充电/放电步骤的时间限制为z/2。

本发明总体上涉及可再充电锂离子(Li离子)电池，并且更具体地涉及包括聚环氧乙烷和式为Li₇La₃Zr₂O₁₂的氧化物的混合物(PEO-LLZO)的全固体Li离子电池的电池单元。

更特别地，本发明涉及用于形成包括PEO-LLZO混合物的Li离子电池单元的方法。

用于能量储存的电化学系统在便携式电子设备和电动车辆的领域具有重要的应用。最广泛使用的电池技术之一是基于锂离子的使用。

常规地，Li离子电池是一个或多个负电极和正电极(分别为阳极和阴极)、电解质以及防止电极之间任何接触的隔膜的组装件。

一旦Li离子电池单元被活化，即，当电池单元已经被组装并且电池单元中浸透液体电解质时，就会在第一次电池单元充电循环期间发生热力反应，并且发生电极之间的第一次Li离子交换。

由这些反应产生的产物积累在电极的表面上从而形成称为固体电解质界面(固体电解质中间相)或SEI层的层。该层对于Li离子电池的恰当运行来说是必要元件，因为其非常好地传导Li离子，并且具有阻止对液体电解质的溶剂进行催化分解的优点。

SEI的质量决定电池的使用寿命，并且因此其形成是重要的步骤。

在新一代的电池中，隔膜和液体电解质被固体电解质代替，该固体电解质例如是聚合物、无机化合物、无定形材料或这些各种材料的组合。

因为全固体电池不包括任何易燃材料，所以其提供更好的安全性。

此外，全固体电池的能量密度远大于液体电解质电池的能量密度。

固体电解质在涂覆期间以粉末的形式直接并入电极，并且在阴极中的称为阴极电解质，在阳极中的称为阳极电解质。

然而，在工业规模上制造完全固体的电池仍然较为复杂，一种中间解决方案是使用由既柔性又是离子导体的材料(诸如，某些聚合物，例如聚环氧乙烷(PEO))制成的电解质。

虽然制造包括可传导锂离子的聚合物的电池简单并且已被充分掌握，但是这些电池仍没有被广泛使用，原因在于其遇到了基本的限制。

事实上，这些聚合物在高电势下是不稳定的。例如，PEO仅在最多3.6V的电势下是稳定的。现在，使形成电极的活性材料达到汽车领域中的应用所需的能量密度必需的电势在3.7V与5V之间。

文件US 2018/0006326描述了包括聚合物材料的全固体Li离子电池。特别地，披露了包括PEO和式为Li_6.5La₃Zr_21.5Ta_0.5o₁₂的氧化物的电池电极。

然而，该文件并没有披露能够使聚合物稳定以改善在高电势下电池性能的用于形成电池单元的方法。

因此，本发明的目的是克服这些缺点，并且提出了赋予聚合物在3.7V与5V之间的高电势下的稳定性的用于形成包括PEO-LLZO固体电解质的全固体Li离子电池单元的方法。