[发明专利]过锂化的阴极材料

说明书

本发明公开了过锂化的阴极材料。本公开涉及在电化学电池内使用的过锂化的正极电活性材料。例如，电化学电池包括包含过锂化的正极电活性材料的正电极，所述过锂化的正极电活性材料包括Li_xMn₂O₄（其中1.05≤x≤1.30）和LiMn_(2‑x)Ni_xO₄（其中0≤x≤0.5）中的一种。电化学电池可以包括包含含硅负极电活性材料的负电极，所述含硅负极电活性材料具有大于或等于大约80%且小于或等于大约90%的库仑效率。

技术领域

本发明公开了循环锂离子的电化学电池。

背景技术

本章节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

需要先进的储能装置和系统以满足各种产品的能量和/或动力要求，所述各种产品包括汽车产品，如启停系统（例如12V启停系统）、电池组辅助系统、混合动力电动交通工具（“HEVs”）和电动交通工具（“EVs”）。典型的锂离子电池组包括至少两个电极和电解质和/或隔离件。两个电极之一可充当正电极或阴极，且另一个电极可充当负电极或阳极。隔离件和/或电解质可设置在负电极与正电极之间。电解质适于在电极之间传导锂离子，并且类似于两个电极，可为固体和/或液体形式和/或其混合物。在固态电池组（其包括固态电极和固态电解质）的情况下，固态电解质可物理分隔电极，由此不需要明确的隔离件。

常规的可再充电锂离子电池组通过在负电极与正电极之间可逆地来回传递锂离子来运行。例如，在电池组充电过程中，锂离子可从正电极移动至负电极，并且当电池组放电时在相反的方向上移动。此类锂离子电池组可以按需向相关负载设备可逆地供电。更具体而言，可以通过锂离子电池组向负载设备提供电力，直到负电极的锂含量被有效耗尽。随后可通过在电极之间在相反方向上传递合适的直流电来对电池组进行再充电。

在放电过程中，负电极可含有相对高浓度的嵌入锂，其被氧化成锂离子和电子。锂离子可例如通过容纳在插入的多孔隔离件的孔隙中的离子导电电解质溶液由负电极行进至正电极。同时，电子经外部电路由负电极传递至正电极。此类锂离子可通过电化学还原反应融入正电极的材料中。电池组可在其可用容量部分或完全放电后通过外部电源再充电或再生，其逆转了放电过程中发生的电化学反应。

但是，在各种情况下，例如由于转换反应和/或在首次循环过程中在负电极上形成固体电解质界面（SEI）层，以及例如连续的固体电解质界面破裂导致的持续锂损失，所以在首次循环后一部分嵌入锂保留在负电极上。由于例如不参与电池组的可逆运行的正电极质量增加，这种锂离子的永久损失可导致电池组中降低的比能量和功率。例如，锂离子电池组在首次循环后可经受大于或等于大约5%且小于或等于大约30%的不可逆容量损失，并且在含硅负电极的情况下，在首次循环后可经受大于或等于大约20%且小于或等于大约40%的不可逆容量损失。

当前补偿首次循环锂损失的方法包括例如电化学方法，其中使用电解质浴（electrolyte bath）锂化含硅阳极。但是，此类方法容易受电解质污染影响，并因此不稳定。另一种补偿方法包括例如电池内锂化，其包括向电池中加入锂。但是，此类方法需要使用网状集流体，其材料成本以及涂覆成本高。再另一种补偿方法包括在阳极上沉积锂。但是，在此类情况下，难以（且昂贵）制造均匀沉积的锂层。因此，合意的是开发可以解决这些挑战的改进的电极和电活性材料，以及其制造与使用方法。

发明内容

本部分提供本公开的一般概述，并且并非全面披露其全部范围或其所有特征。

本公开涉及在循环锂离子的电化学电池内使用的过锂化的正极电活性材料。