[发明专利]预锂化硅和氧化硅电极的方法

说明书

用于预锂化阳极的方法包括：提供具有主体材料的阳极，主体材料包含硅颗粒或SiO_x颗粒，设置导电预锂化隔膜的第一侧与阳极邻接，以及设置锂源与预锂化隔膜的第二侧邻接使得锂离子经由预锂化隔膜迁移到主体材料。预锂化隔膜包括多孔主体、一种或多种溶剂和一种或多种锂离子。制造电池单元的方法还包括将预锂化隔膜与锂化阳极分离，并将锂化阳极与电池隔膜和锂阴极结合以形成电池单元。该方法可以进一步包括向阳极和锂源施加电压，或者在锂离子迁移到主体材料的同时在锂源和阳极之间保持恒定电流。

引言

锂离子电池描述了一类可充电电池，其中锂离子在负电极(即阳极)和正电极(即阴极)之间移动。液体、固体和聚合物电解质可以促进锂离子在阳极和阴极之间的移动。锂离子电池由于其高能量密度和经历连续充电和放电循环的能力而在国防、汽车和航空航天应用中日益普及。

发明内容

本发明提供了预锂化阳极的方法。该方法包括提供具有主体材料的阳极，该主体材料包含硅颗粒或SiO_x颗粒，其中x小于或等于2，设置导电预锂化隔膜的第一侧与阳极邻接，其中预锂化隔膜包含多孔主体、一种或多种溶剂和一种或多种锂离子，并设置锂源与预锂化隔膜的第二侧邻接一段时间，使得锂离子经由预锂化隔膜迁移至主体材料。该方法可以进一步包括向阳极和锂源施加电压，使得阳极和锂源之间的电势的大小增加。该方法可以进一步包括在锂离子迁移到主体材料的同时在锂源和阳极之间保持恒定电流。锂源可以是元素锂或锂合金。主体材料的平均粒径可为约20纳米至约20微米。主体材料可包括SiO_x颗粒，并且主体材料可进一步包括SiO_x颗粒内的Si和/或Si₂域。预锂化隔膜可具有约10欧姆至约2,000欧姆的电阻。预锂化隔膜可具有约20％至约80％的孔隙率。预锂化隔膜主体可包括聚合物材料。预锂化隔膜主体可包括导电填料。导电填料可包括一种或多种导电碳材料、镍纤维和/或颗粒和钢纤维和/或颗粒、以及它们的组合。

本发明还提供了制造电池单元的方法。该方法可包括提供具有主体材料的阳极，该主体材料包含硅颗粒或SiO_x颗粒，其中x小于或等于2，设置导电预锂化隔膜的第一侧与阳极邻接，其中预锂化隔膜包括多孔主体、一种或多种溶剂和一种或多种锂离子，设置锂源与预锂化隔膜的第二侧邻接一段时间，使得锂离子经由预锂化隔膜迁移至主体材料以形成锂化阳极，将预锂化隔膜与锂化阳极分离，并将锂化阳极与电池隔膜和锂阴极结合以形成电池单元。在卷式电池单元制造工艺期间，可以发生导电预锂化隔膜的第一侧与阳极邻接的设置。该方法还可以包括向阳极和锂源施加电压，使得阳极和锂源之间的电势的大小增加。该方法可以进一步包括在锂离子迁移到主体材料的同时在锂源和阳极之间保持恒定电流。锂源可以是元素锂或锂合金。主体材料的平均粒径可为约20纳米至约20微米。主体材料包含SiO_x颗粒，并且主体材料还可以包括SiO_x颗粒内的Si和/或Si₂域。预锂化隔膜主体可包括聚合物材料。预锂化隔膜主体可包括导电填料。

从以下示例性实施例和附图的详细描述，示例性实施例的其他目的、优点和新颖特征将变得更加明显。

附图说明

图1示出了根据一个或多个实施例的锂电池单元；

图2示出了根据一个或多个实施例的混合动力电动车辆的示意图；

图3示出了根据一个或多个实施例的包括阳极、预锂化隔膜和锂源的预锂化系统；

图4示出了根据一个或多个实施例的用于预锂化阳极的方法400和用于制造电池单元的方法的框图；

图5A示出了根据一个或多个实施例的预锂化和未锂化阳极的初始库仑效率的曲线图；和

图5B示出了根据一个或多个实施例的预锂化阳极和未锂化阳极在充电/放电循环中的放电容量的曲线图。

具体实施方式