[发明专利]锂阳极保护层的非原位制备

说明书

本发明涉及锂电池阳极和/或锂电池的制备方法以及这种阳极和锂电池。

现有技术

对于传统的锂电池和锂离子电池，在电池的拼合（组装）之后立刻便已经在阳极上形成了电解质分解产物层。这种层可能含有无机和有机的成分并也被称为固体-电解质-界面（SEI），其对于锂（离子）电池的操作是不可避免的，因为通常电解质对于阳极在电化学上是不稳定的。通过老化，同样如通过反复的电池充电和放电，该层被反复地破坏并在有害的位置再次形成，其中阳极以及电解质的活性材料被连续地消耗掉。在特定的程度上，由于这种作用损害了包含金属锂的阳极的功能方式。

除了消耗阳极材料和电解质，该层的继续破坏会导致在有害的位置可能形成更多的树枝状晶体(Dendriten)，这可能不利地影响到整个电池的安全性。从长远的角度，由此而使整个阳极表面形态变坏，从而可能降低阳极电容甚至使电池失灵。

发明内容

本发明的主题是锂电池阳极和/或锂电池的制备方法，其包括下列方法步骤：

a)将第一电解质施加到包含金属锂的阳极上而在该阳极上形成特别是包含电解质分解产物的第一保护层。

根据本发明，方法步骤a)是非原位（在待制备的锂电池的外面）或者在拼合待制备的锂电池的特别是阳极和阴极之前进行的。方法步骤a)特别是可以在拼合待制备的锂电池的阳极、阴极和实际的电解质（下文称为第二电解质）之前进行。

在本发明的范围，锂电池可以特别是指其阳极包含任选以合金形式的金属锂的原电池。

本发明的方法可以有针对性地在包含锂的阳极上制备包含电解质分解产物的保护层（固体-电解质-界面（SEI））。这是通过有针对性地在电池组装之前在阳极上产生保护层形成过程（通常在电池第一次充电和放电过程中进行）而实现的。其优点在于，包含电解质分解产物的第一保护层可以在另一方法步骤中被有效地稳定化和强化，以便在阳极上形成耐久的和坚固的保护层体系，这可以特别有利地影响到电池的电容、使用寿命和安全性。

在一个实施方式的范围，该方法还包括下列方法步骤：

a1)将方法步骤a)的设置加热到特别是≥30℃，例如≥50℃，例如60℃的温度。这样可以有利地帮助形成第一保护层。

在另一个实施方式的范围，该方法还包括下列方法步骤：

b)将可聚合的和/或聚合物材料施加到第一保护层上而在第一保护层上形成第二保护层。

通过第二保护层可以进一步稳定第一保护层，并且保证阳极和随后在锂电池中使用的电解质之间紧密的、稳定的和耐久的分离。因此，可以有利地显著提高阳极以及整个电池的使用寿命和安全性。甚至在整个电池较严重损坏的情况下，相比于具有传统SEI保护层的阳极，这样保护的阳极可以更好地被保护而免受外部的影响。

方法步骤b)也可以特别在拼合待制备的锂电池的阳极和阴极，特别是阳极、阴极和实际的电解质（下文称为第二电解质）之前进行。

在另一个实施方式的范围，该方法还包括下列方法步骤： b1)将方法步骤b)的设置例如用紫外线或者红外线辐照来照射或者加热，特别是为了可聚合材料的聚合作用。

因此，可以有利地帮助形成第二保护层。

在另一个实施方式的范围，该方法还包括下列方法步骤： c)将方法步骤a)、a1)、b)或b1)的阳极设置与阴极、第二电解质和任选一个或者多个其它电池构件拼合成锂电池。

其中，其它的电池构件例如可以是隔膜、集流体、导电元件、绝缘元件、紧固件、填料元件(Verpackungselemente)和/或外壳元件。

第一电解质和/或第二电解质可以是液态或者固态电解质，特别是液态电解质。

在另一实施方式的范围，第一和/或第二电解质包含至少一种溶剂，该溶剂选自碳酸酯类、内酯类、醚类（特别是环状或非环状醚）和它们的组合。

其中，所述碳酸酯例如可以是碳酸亚乙酯（EC）、碳酸亚丙酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）和/或碳酸亚乙烯基酯（VC），特别是碳酸亚乙酯（EC）、碳酸亚丙酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）和/或碳酸二乙酯（DEC）。

其中，所述内酯例如可以是γ-丁内酯（GBL）或者γ-丁内酯衍生物。