[发明专利]通过表面涂层稳定钛酸锂氧化物(LTO)的方法

说明书

预处理包含钛酸锂氧化物(LTO)的电活性材料的方法包括使电活性材料的表面与预处理组合物接触。在一个变体中，所述预处理组合物包含选自以下的锂氟盐的盐：六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)及其组合，和溶剂。在另一个变体中，所述预处理组合物包含有机磷化合物。以这种方式，在电活性材料表面上形成了保护性表面涂层。所述保护性表面涂层包含氟、氧、磷或硼，以及任选的元素例如碳、氢、和列出的金属，以及它们的组合。

技术领域

本公开涉及钛酸锂氧化物(lithium titanate oxide, LTO)电活性材料的保护涂层，其对于用于电化学装置中抑制气体生成并改善电化学电池(cell)的使用，还涉及制造此类涂层的方法以及其使用方法。

背景技术

本节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

高能量密度电化学电池例如锂离子蓄电池(batteries)可以用于多种消费品和汽车。典型的锂离子蓄电池包含第一电极(如正电极或阴极)、第二电极(如负电极或阳极)、电解质材料和隔离件。通常，将一堆锂离子蓄电池电池电连接以提高总输出。常规的锂离子蓄电池通过使锂离子在负电极与正电极之间可逆地通过来运行。在负电极与正电极之间设置隔离件和电解质。该电解质适于传导锂离子并可以为固体或液体形式。锂离子在蓄电池充电过程中由阴极(正电极)移动到阳极(负电极)，并在蓄电池放电时以相反方向移动。堆(stack)内的负电极和正电极各自连接到集流器(通常为金属，例如对阳极为铜以及对阴极为铝)上。在蓄电池使用过程中，与两个电极相关的集流器通过外部电路连接，该外部电路允许由电子产生的电流在电极之间通过以补偿锂离子的传输。

负电极通常包括锂插入材料或合金主体(host)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、锂合金和钛酸锂Li_4+xTi₅O₁₂，其中0 ≤x ≤ 3，例如Li₄Ti₅O₁₂(LTO)，其可以是纳米结构化LTO。LTO是一种特别合意的负电极蓄电池。LTO合意地具有某些优点，如合意地最小化或避免固体电解质界面(SEI)形成的高截止电压(例如相对于锂金属参比电势的截止电势)。此外，LTO是一种在锂插入和脱插过程中具有极小体积变化的零应变材料，由此能够获得长期循环稳定性、高电流效率和高倍率性能(rate capabilities)。此类长期循环稳定性、高电流效率和高倍率性能对动力蓄电池和启停蓄电池用途特别有利。

虽然LTO是用于高功率锂离子蓄电池的有前途的阳极材料，提供极长的寿命和对过度充电与热失控(thermal abuse)的高耐受性，但是，在某些情况中，当与某些阴极材料和电解质一起使用时，LTO可能潜在地具有某些缺点。例如，Li_4+xTi₅O₁₂可以在蓄电池电池内，特别是在充电状态下在升高的温度条件，产生显著量的气体，其主要包括氢气。因此，可以对加入LTO负电极的蓄电池施以高温老化过程以减少气体形成并改善长期容量保持率。例如，在一种示例性高温老化过程中，具有LTO电极的蓄电池可以在施加的电势下以100%充电状态(SOC)在大约70℃老化一周。但是，高温老化可降低初始蓄电池容量大约10%或更多。合意的是不需要此类老化过程而改进LTO阳极材料以抑制气体形成，以利用提供了具有持续高容量、高放电速率和长寿命的耐久蓄电池的LTO材料的合意方面。

发明内容

本节提供了公开内容的总体概述，而不是其完整范围或其全部特征的全面公开。