[发明专利]电池电极材料的预锂化

说明书

本文提供了一种制造用于锂离子电池单体的预锂化电极的方法、一种制造具有预锂化电极的电池的方法、以及一种具有预锂化电极的电动车辆。用于制造锂离子电池的预锂化电极的示例性方法包括将镁锂合金电化学地连接到电极。此外，该方法包括通过将锂离子从镁锂合金转移到电极来预锂化电极。此外，该方法包括断开电极和镁锂合金的电化学连接。

技术领域

本公开总体上涉及锂离子电池，更具体是涉及锂离子电池中电极的预锂化(pre-lithiation)。

背景技术

高能量密度的电化学电池，如锂离子电池，可用于各种消费产品，包括个人电子产品、电动工具、草坪和花园设备、电动轮椅、玩具和交通工具。交通工具的示例性应用包括车辆，例如混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)。典型的锂离子电池包括第一电极(例如，阴极)、第二电极(例如，阳极)、电解质材料和隔膜。通常，一组堆叠的锂离子电池通过电连接来提高整体的输出。传统的锂离子电池通过在负极和正极之间可逆地传递锂离子来进行工作。隔膜和电解质设置在负极和正极之间。电解质适于传导锂离子，并且可以是固体或液体形式。在电池充电时锂离子从阴极(正极)向阳极(负极)移动，在电池放电时则相反。为方便起见，负极将与阳极同义使用，但是如本领域技术人员所知，在锂离子循环的某些阶段，阳极的功能可能与正极而不是负极相关联(例如，负极可以是放电时的阳极和充电时的阴极)。

阳极和阴极材料与电解质的接触可以在电极之间产生电势。当电极之间的外部电路中产生电子电流时，电势由电池单体内的电化学反应维持。电池包中的每个负极和正极都连接到集流体(其通常是金属，例如阳极是铜，阴极是铝)。在电池使用过程中，与两个电极相关联的集流体通过外部电路连接，该外部电路允许由电子产生的电流在电极之间流过以补偿锂离子的传输。

许多不同的材料可以用来制造锂离子电池的部件。作为非限制性实例，锂电池的阴极材料通常包括可嵌入锂离子的电活性材料，例如锂过渡金属氧化物或尖晶石型混合氧化物，例如尖晶石LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn_1.5Ni_0.5O₄、LiNi_(1-x-y)Co_xM_yO₂(其中0x1，y1，M可以是铝、锰等)或磷酸铁锂。电解质通常包含一种或多种锂盐，其可以在非水溶剂中溶解和离子化。负极通常包括锂嵌入材料或合金寄存材料。

用于形成阳极的典型的电活性材料包括锂-石墨嵌入化合物、锂-硅嵌入化合物、锂-锡嵌入化合物和锂合金。

许多传统的锂离子电池可能遭受由许多因素引起的容量衰减，包括在负极(阳极)表面上形成被称为固体电解质界面(SEI)层的钝化膜，其通常是由阳极材料、电解质还原和/或锂离子还原的反应产物产生。正极中的活性材料(Li⁺)因此可以在电极表面上形成稳定的膜。在化成和初始化阶段，活性锂会随着负极的钝化而流失。在初始充电循环中观察到的这种不可逆的反应导致在阳极上形成稳定的钝化膜。因此，电池单体中存在的一部分初始量的锂被结合到SEI的形成中，导致高的不可逆容量损失(IRCL)。SEI层的形成在确定电极行为和性能方面起着重要作用，包括循环寿命、不可逆容量损失、高电流效率和高速率能力，特别有利于动力电池和启停电池的使用。通常，电池中10-20％的锂在初始循环期间不可逆地损失。

为了补偿锂的初始损失(例如在SEI中)，额外的锂容量可以结合到电池的正极上。然而，这种方法降低了电池的能量密度，并可能导致在负极上不希望的锂镀层。期望开发利用抵消锂容量的初始损失的材料形成高功率锂离子电池的方法，以最小化容量衰减并最大化长期使用的充电容量。此外，结合附图和前述的技术领域和背景技术，从随后的详细描述和所附权利要求中，本文实施例的其他期望的特征和特性将变得显而易见。

发明内容