[发明专利]预掺杂阳极及用于制造其的方法和设备

说明书

一种能量储存装置可以包括阴极、阳极以及阴极与阳极之间的隔膜，其中阳极可以具有期望的锂预掺杂水平以促进期望的电容器性能。受控阳极预掺杂可以包括将锂粉末或包括锂粉末的混合物印刷到阳极的表面上。受控阳极预掺杂可以包括将锂离子电化学结合到阳极中。可以选择预掺杂工艺的持续时间，使得实现期望的阳极预掺杂。

技术领域

本发明涉及能量储存装置，尤其涉及预掺杂阳极(pre-doped anode，经预掺杂的阳极)，以及用于制造能量储存阳极的方法和设备。

背景技术

各种类型的能量储存装置可以用于为电子装置供电，其包括例如电容器、电池、电容器-电池混合体和/或燃料电池。能量储存装置(诸如锂离子电容器和/或锂离子电池)可以具有各种形状(例如，棱柱形、圆柱形和/或按钮形)，并且可以用于各种应用中。锂离子可以通过预掺杂工艺结合到锂离子电容器和/或锂离子电池的阳极中。

发明内容

为了总结本发明和相对于现有技术实现的优点的目的，本文描述了本发明的某些目的和优点。并非所有这些目的或优点都可以在本发明的任何特定实施方式中实现。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本发明可以如下方式实施或执行：实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点，而不必实现本文可以教导或建议的其它目的或优点。

在第一方面中，提供了一种能量储存装置，该能量储存装置包括阴极；阳极，所述阳极包括嵌入的(intercalated，插入的)锂离子；以及在阴极与阳极之间的隔膜，其中嵌入的锂离子以被选择以便限制锂金属电镀(lithium metal plating，锂金属镀)并限制析气(gassing)的量存在，并且其中嵌入的锂离子的量对应于与Li/Li+参考电压相比的约0.05V到约0.3V的阳极电压。

在第一方面的实施方式中，在预掺杂之后并且在使用之前，能量储存装置具有2.7V到2.95V的开路电池电压。在第一方面的另一个实施方式中，与Li/Li+参考电压相比，锂金属电镀发生在约0V的阳极电压下。在第一方面的另一个实施方式中，与Li/Li+参考电压相比，析气发生在约4V的阴极电压下。在第一方面的另一个实施方式中，能量储存装置进一步包括含有锂盐的电解质。在第一方面的另一个实施方式中，电解质进一步包括碳酸酯。在第一方面的另一个实施方式中，阳极包括电极膜混合物，该电极膜混合物包括选自石墨、硬碳以及软碳的碳材料。在第一方面的另一个实施方式中，阳极包括导电性促进材料(electrical conductivity promoting material)。在第一方面的另一个实施方式中，能量储存装置是电容器。在第一方面的另一个实施方式中，阳极包括干燥的、独立式(free-standing)电解质膜和集流体。

在第二方面中，提供了一种能量储存装置，该能量储存装置包括第一电极，所述第一电极包括吸附到第一电极表面的锂离子；第二电极；第一电极与第二电极之间的隔膜；以及包括锂盐的电解质，其中在预掺杂之后并且在使用之前，锂离子以对应于与Li/Li+参考电压相比的约0.05V到约0.3V的第一电极电压的量存在于第一电极表面上。

在第二方面的实施方式中，在预掺杂之后且在使用之前，能量储存装置具有2.7V到2.95V的开路电池电压。在第二方面的另一个实施方式中，第一电极和第二电极各自包括干燥的、独立式电极膜和集流体。在第二方面的另一个实施方式中，第一电极和第二电极各自包括基本上不含加工添加剂的电极膜。在第二方面的另一个实施方式中，锂盐是六氟磷酸锂(LiPF₆)。在第二方面的另一个实施方式中，电解质进一步包括碳酸酯。在第二方面的另一个实施方式中，碳酸酯选自由以下各项组成的组：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸亚乙酯(FEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、以及它们的组合。在第二方面的另一个实施方式中，第一电极包括选自石墨、硬碳、软碳以及它们的组合的碳材料。在第二方面的另一个实施方式中，第一电极进一步包括导电性促进材料。在第二方面的另一个实施方式中，能量储存装置是电容器。