CN106898810A - 锂离子电池部件 - Google Patents

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Abstract

一种锂离子电池部件包括选自由集电器、负电极和多孔聚合物隔膜组成的组的支撑体。锂供体i)作为添加剂与非锂活性材料一起存在于集电器上的负电极中，或ii)作为涂层存在于负电极的至少一部分上，或iii)作为涂层存在于多孔聚合物隔膜的至少一部分上。锂供体的分子式选自由Li8‑yMyP4、Li10‑yTiyP4、LixP和Li2CuP组成的组，其中Li8‑yMyP4中的M是Fe、V或Mn，并且其中y在1至4的范围内；Li10‑yTiyP4中的y在1至2的范围内；LixP中，0＜x≤3。

Description

锂离子电池部件
背景技术
次级或可再充电锂离子电池通常用于许多固定和便携式装置中，例如在消费电子、汽车和航天工业中遇到的那些。锂离子类型的电池广受欢迎有很多原因，包括相对高的能量密度、与其它类型的可再充电电池相比一般不出现任何记忆效应、相对低的内阻、未使用时的低放电率，以及形成为各种形状(例如，棱柱形)和尺寸的能力以便有效地填充电动车辆、蜂窝电话和其他电子设备中的可用空间。此外，锂离子电池在其有用寿命内经历重复的功率循环的能力使得它们成为有吸引力和可靠的电源。
发明内容
一种锂离子电池部件包括选自由集电器、负电极和多孔聚合物隔膜组成的组的支撑体。锂供体i)作为添加剂与非锂活性材料一起存在于集电器上的负电极中，或ii)作为涂层存在于负电极的至少一部分上，或iii)作为涂层存在于多孔聚合物隔膜的至少一部分上。锂供体的分子式选自由Li8-yMyP4、Li10-yTiyP4、LixP和Li2CuP组成的组，其中Li8-yMyP4中的M是Fe、V或Mn，并且其中y在1至4的范围内；Li10-yTiyP4中的y在1至2的范围内；LixP中，0＜x≤3。
附图说明
通过参考以下详细描述和附图，本公开的实例的特征将变得显而易见，其中相同的附图标记对应于类似的但是可能不相同的元件。为了简洁起见，具有前述功能的附图标记或特征可以或可以不结合其中出现它们的其它附图来描述。
图1是包括锂离子电池部件的实例的锂离子电池的实例的示意图，锂离子电池部件中的锂供体包括在负电极中；
图2是在第一充电操作之后图1所示的示例性锂离子电池的示意图；和
图3是包括锂离子电池部件的其它实例的锂离子电池的另一个实例的示意图，锂离子电池部件中的锂供体包括在负电极上或多孔聚合物隔膜上的涂层中。
具体实施方式
锂离子电池的纳米结构化负电极通常具有较大的表面积，导致较高的不可逆容量损失(IRCL)，部分原因在于形成固体电解质中间相(SEI)或形成不可逆相，其中任一种都消耗另外的活性锂。已经尝试多种方法来补偿SEI中的锂损失。
作为一种示例性方法，额外容量可并入到电池的正电极上。然而，这种方法降低了电池的能量密度，并且潜在地导致在负电极上的不期望的锂电缓。
作为另一种方法，可以使用电池的元件的预锂化。预锂化为元件提供额外的锂离子。预锂化的一个实例涉及将稳定的锂离子颗粒喷射到电池的电极上。然而，由于锂离子颗粒和典型的电极材料之间的颗粒尺寸不匹配，可能存在未涂覆的电极的空隙，这可能导致电极的非均匀性。电极非均匀性可能不利于电池性能。此外，在该预锂化过程期间形成热能，这增加了大规模生产期间电池的复杂性和成本。具体地，由于锂离子对水和/或氧的敏感性，喷射过程需要干燥的环境条件。
其它预锂化方法包括通过热蒸发或溅射工艺在电池的隔膜上施加薄的锂涂层。这些方法是昂贵的，并且还部分地由于锂金属和电极之间的直接接触而产生大量热能，特别是在具有大电池单元(例如，＞2Ah电池单元)的电池中。
另一种预锂化方法包括通过电化学沉积对电极进行预锂化。然而，该方法可以利用过量的电解质。
本公开的锂离子电池部件的实例将锂供体结合到负电极中或多孔聚合物隔膜的表面上。锂供体是空气稳定的高锂含量合金/磷化合物，其使锂离子电池的预锂化成为可能。通过锂供体进行的电池的预锂化还可以改善电池的容量保持、能量密度和耐用性，这导致延长的电池寿命周期和/或驱动范围(例如，用于混合动力或电动车辆)。该锂供体也适合于大规模生产。
本公开的锂供体的分子式选自由Li8-yMyP4、Li10-yTiyP4、LixP和Li2CuP组成的组，其中Li8-yMyP4中的M是Fe、V或Mn，并且y在1至4的范围内；Li10-yTiyP4中的y在1至2的范围内；LixP中，0＜x≤3。锂供体的一些具体实例包括Li7MnP4(即Li8-yMyP4，其中M为Mn且y为1)，Li5.5Mn2.5P4(即Li8-yMyP4，其中M为Mn且y为2.5)，Li7VP4即Li8-yMyP4，其中M为V且y为1)，Li3P(即LixP，其中x＝3)和Li9TiP4(即Li10-yTiyP4，其中y为1)。已经提出了这些材料中的几种作为负电极活性材料。然而，已经发现，尽管这些材料可以递送高容量(例如，可以递送2596mAh/g的理论容量的Li3P)，但是包括这些材料的负电极的寿命周期是可忽略的。例如，Li7MnP4可以在C/20速率的第一循环期间递送1000mAh/g，但是在第4个循环时容量快速降低至420mAh/g。已经发现，由于快速容量衰减，该材料不适合用于负电极活性材料，但是其第一循环容量可以用于预锂化过程。在本公开的实例中，将锂供体作为添加剂引入负电极中或者位于负电极或多孔聚合物隔膜的表面上，使得其在形成循环期间将锂输送到负电极。
可以在化学合成和/或其机械工程期间调整锂供体的粒度(即，球形颗粒的直径和非球形颗粒的平均直径)。在本公开的实例中，可调整锂供体粒度以使添加到电池中的锂的量被最大化，同时对总电池体积具有最小的影响。在一个实例中，锂供体粒度范围为约10nm至约50μm。
如前所述，将锂供体作为添加剂引入负电极中或者位于负电极或多孔聚合物隔膜的表面上。图1和图2示出了在负电极中掺入作为添加剂的锂供体的锂离子电池部件，且图3示出了锂负电极位于负电极表面或多孔聚合物隔膜表面上的涂层的锂离子电池部件。
具体参考图1，锂离子电池部件11包括支撑体13和在支撑体13上的负电极12。在该实例中，支撑体13是与负电极12电连通的负侧集电器18。负侧集电器18可以由导电材料形成，例如铜箔或可以用作锂离子电池10的负端子的另一种金属。
负电极12包括非锂活性材料22和锂供体24。非锂活性材料22的实例包括i)碳基材料；ii)硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、锑(Sb)、铋(Bi)、锌(Zn)、铝(Al)或镉(Cd)；iii)硅、锗、锡、铅、锑、铋、锌、铝、钛、铁(Fe)、锰(Mn)或镉与其它元素的合金或金属间化合物(其中合金或化合物是化学计量的或非化学计量的)；iv)硅、锗、锡、铅、锑、铋、锌、铝、铁、钛、锰、钴或镉的氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物或碲化物或其混合物或复合物；和v)i、ii、iii和/或iv的任意组合。合适的碳基材料的一些具体实例包括碳、中间相碳、软碳、硬碳、炭黑、活性炭、天然石墨、人造石墨、热解石墨、剥离石墨薄片、蠕虫状石墨、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、氟化石墨烯、碳纤维、石墨纤维、石墨晶须和焦炭。本公开前述的锂供体24的任何实例可以用于负电极12。
在一个实例中，非锂活性材料22可以以大于负电极12的总重量％的0重量％至约98重量％的量存在，并且锂供体24可以以大于负电极12的总重量％的0重量％至约50重量％的量存在。负电极12的剩余部分可以是粘合剂(0重量％至约20重量％)和/或导电填料(0重量％至约20重量％)和/或各种其它功能添加剂(例如，粘度调整剂等)。
粘合剂可用于在结构上将非锂活性材料22和锂供体24保持在一起。粘合剂的实例包括聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚环氧乙烷(PEO)、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶、羧甲基纤维素(CMC)、丁苯橡胶(SBR)、苯乙烯-丁二烯橡胶羧甲基纤维素(SBR-CMC)、聚丙烯酸(PAA)、交联聚丙烯酸-聚乙烯亚胺、聚丙烯酸锂(LiPAA)、交联锂化聚丙烯酸酯、聚酰亚胺或任何其它合适的粘合剂材料。其它合适的粘合剂可包括聚乙烯醇(PVA)、藻酸钠或其它水溶性粘合剂。
导电填料可以是导电碳材料。导电碳材料可以是高表面积碳，例如乙炔黑(例如，来自TIMCAL的SUPER导电炭黑)。可以包括导电填料以确保活性材料22与锂供体24和负侧集电器18之间的电子传导。
在组装锂离子电池10之前，可以根据本公开的方法的实例形成负电极12。负电极12可以由粉末形式的锂供体24与粉末形式的非锂活性材料22混合形成。粉末混合物可以包括大于0重量％至约98重量％的非锂活性材料22和大于0重量％至约50重量％的锂供体24。粉末混合物还可以包括粘合剂、导电填料和/或其它添加剂。粉末混合物可以与非水性液体混合成浆料。非水性液体可以是NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)、丙酮等。因为锂供体24不是纯锂或锂箔，所以锂金属与非锂活性材料22之间没有直接接触，并且在浆化过程中产生的热能被最小化。在该方法的实例中，将浆料涂覆(例如，刮刀涂覆、狭缝模头涂覆等)涂覆在支撑体13/负侧集电器18的一侧上，并干燥以在其上形成负电极12。在图1所示的实例中，在其上形成有负电极12的支撑体13/负侧集电器18的一侧是与多孔聚合物隔膜16相对的一侧。应当理解，浆料可根据需要涂覆在支撑体/集电器18的相对的第二侧上，或两侧上。通过根据该方法形成负电极12而将负电极预锂化。负电极12包括与非锂活性材料22混合的锂供体24。
参考图1，完全组装的锂离子电池10还包括正电极14和位于正电极14和负电极12之间的多孔聚合物隔膜16。
正电极14包括活性材料26，其可以是非锂化物质或锂化物质。用于活性材料26的非锂化物质的实例包括非锂化的V2O5或MnO2。用于活性材料26的其它合适的非锂化物质包括基于石墨烯的材料(例如，石墨烯、氧化石墨烯或具有高比表面积以在电池放电期间捕获锂离子的石墨烯氟化物片)，以及具有高比表面积的碳质材料。上述石墨烯基材料和/或碳质材料也可以根据需要与另一活性材料26结合以充当导电添加剂。
用于活性材料26的锂化物质的实例包括尖晶石锂锰氧化物(LiMn2O4)、锂钴氧化物(LiCoO2)、锰-镍氧化物尖晶石[Li(Mn1.5Ni0.5)O2]、层状镍锰钴氧化物(具有通式xLi2MnO3·(1-x)LiMO2，其中M由Ni、Mn和/或Co的任何比例组成)。层状镍锰钴氧化物的具体实例包括(xLi2MnO3·(1-x)Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2)。用于活性材料26的锂化物质的其它合适的实例包括Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2，Lix+yMn2-yO4(LMO，0＜x＜1和0＜y＜0.1)或聚阴离子氧化物，例如磷酸铁锂(LiFePO4)或磷酸铁锂(Li2FePO4F)，或富含锂的层结构。还有其它锂化物质也可以用于活性材料26，例如LiNi1-xCo1-yMx+yO2或LiMn1.5-xNi0.5-yMx+yO4(M由Al、Ti、Cr和/或Mg的任何比例组成)(其实例包括LiMn1.5Ni0.5O4或LiMNO4)、稳定的锂锰氧化物尖晶石(LixMn2-yMyO4，其中M由Al、Ti、Cr、Ni、Co和/或Mg的任何比例组成)、锂镍钴铝氧化物(例如LiNi0.8Co0.15Al0.05O2或NCA)、铝稳定的锂锰氧化物尖晶石(例如LixAl0.05Mn0.95O2)、锂钒氧化物(LiV2O5)、Li4SiO4、Li2MSiO4(其中M由Co、Fe和/或Mn的任何比例组成)和任何其它高能量镍锰钴材料(HE-NMC、NMC或LiNiMnCoO2)。“任何比例”是指任何元素可以以任何量存在。因此，在一些实例中，M可以是Al，带有或不带有Cr、Ti和/或Mg，或所列元素的任何其它组合。在另一个实例中，可以在锂过渡金属基活性材料的任何实例的晶格中进行阴离子取代，以稳定晶体结构。例如，任何O原子可以被F原子取代。
正电极14还可以包括任何前述的粘合剂和/或导电填料和/或其它添加剂。在一个实例中，正电极14可以包括高达98％的总重量(即98重量％)的活性材料26，大约0重量％至大约20重量％的导电填料，大约0重量％至约20重量％的粘合剂和约0重量％至约20重量％的其它添加剂。
如图1所示，正电极14与正侧集电器20电连通。正侧集电器20可以由导电材料形成，例如铝或可以用作锂离子电池10的正电极端子的另一种金属。
锂离子电池10的多孔聚合物隔膜16用作电绝缘体(防止发生短路)、机械支撑体和阻挡件，以防止两个电极12、14之间的物理接触。多孔聚合物隔膜16还确保锂离子(未示出)可以通过填充其孔的电解质(未示出)。
例如，多孔聚合物隔膜16可以由聚烯烃形成。聚烯烃可以是均聚物(衍生自单一单体成分)或杂聚物(衍生自多于一种单体成分)，并且可以是直链或支链的。如果使用衍生自两种单体成分的杂聚物，则聚烯烃可以呈现任何共聚物链排列，包括那些嵌段共聚物或无规共聚物。如果聚烯烃是衍生自多于两种单体成分的杂聚物，则同样如此。作为实例，聚烯烃可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PE和PP的共混物，或PE和/或PP的多层结构化多孔膜。市售的多孔聚合物隔膜16包括单层聚丙烯膜，例如来自Celgard，LLC(Charlotte，NC)的CELGARD 2400和CELGARD 2500。应当理解，多孔聚合物隔膜16可以被涂覆或处理，或未涂覆或未处理。例如，多孔聚合物隔膜16可以或可以不涂覆或包括任何表面活性剂处理或其上的陶瓷颗粒。
在其它实例中，多孔聚合物隔膜16可由另一种聚合物形成，其选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚酰胺(尼龙)、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺-酰亚胺、聚醚、聚甲醛(例如缩醛)、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丁烯、聚烯烃共聚物、丙烯腈-丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚硅氧烷聚合物(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS))、聚苯并咪唑(PBI)、聚苯并恶唑(PBO)、聚亚苯基(例如密西西比州圣路易斯湾的密西西比聚合物技术公司的PARMAXTM)、聚亚芳基醚酮、聚全氟环丁烷、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯共聚物和三元共聚物、聚偏二氯乙烯、聚氟乙烯、液晶聚合物(例如，德国Hoechst AG的VECTRANTM和特拉华州威尔明顿市DuPont公司的)、聚芳酰胺、聚苯醚和/或它们的组合。据信可用于多孔聚合物隔膜16的液晶聚合物的另一个实例是聚(对羟基苯甲酸)。在另一个实例中，多孔聚合物隔膜16可以选自聚烯烃(例如PE和/或PP)和一种或多种上面列出的其它聚合物的组合。
多孔聚合物隔膜16可以是单层或可以是由干法或湿法制备的多层(例如，双层、三层等)层压板。
锂离子电池10的电解质可以是液体、凝胶或聚合物电解质。在一个实例中，电解质包括有机溶剂和溶解在有机溶剂中的锂盐。有机溶剂的实例包括环状碳酸酯(碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯)、线性碳酸酯(碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC))、脂族羧酸酯(甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯)、γ-内酯(γ-丁内酯、γ-戊内酯)、链结构醚(1，2-二甲氧基乙烷，1，2-二乙氧基乙烷，乙氧基甲氧基乙烷)、环醚(四氢呋喃，2-甲基四氢呋喃)及其混合物。例如，电解质可以是碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合物。锂盐的实例包括LiClO4、LiAlCl4、LiI、LiBr、LiSCN、LiBF4、LiB(C6H5)4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2(LIFSI)、LiN(CF3SO2)2(LITFSI)、LiPF6、LiB(C2O4)2(LiBOB)、LiBF2(C2O4)(LiODFB)、LiPF3(C2F5)3(LiFAP)、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2O4)(LiFOP)、LiNO3、LiPF3(CF3)3、LiSO3CF3及其混合物。锂盐在电解质中的浓度可以为约1mol/L。也可以将LiNO3作为添加剂添加到电解质中。在这些情况下，锂盐的浓度加上LiNO3添加剂可以为约0.6mol/L。可以使用任何合适的聚合物电极，其实例包括聚(环氧乙烷)(PEO)或PEO-PS(聚苯乙烯)嵌段共聚物。
虽然在图1中未示出，但是完全组装的锂离子电池10还可以包括连接集电器18、20的外部电路。同样虽然未示出，但是应当理解，完全组装的锂离子电池10可以设置在壳体(例如，金属或袋)中。
图1和图2一起示出了组装之后(图1)和第一次充电操作之后(图2)的锂离子电池10。在每个图中，Li离子由其中/其上具有Li离子的元件的阴影表示。完全组装的电池10中的Li离子在锂供体24和阴极14之中/之上，如图1所示。
一旦电池10组装完成，电池10就在外部电源的充电操作中被充电。图2示出了处于完全充电状态的电池10，其中在负电极12和多孔聚合物隔膜16之间形成有固体电解质中间相(SEI)28。如图2中的阴影所示，SEI 28、锂供体24和负电极12中/上具有Li离子。
当第一次对电池10充电时，Li离子从正电极14提取并被引入负电极12。结果，在负电极12的表面上形成被称为SEI 28的分解产物。SEI 28包括锂离子和电解质成分。SEI 28在负电极12和电解质之间建立离子连接，因此希望形成SEI 28。然而，随着SEI 28的形成，通过正电极14引入到电池中的一部分锂离子不可逆地结合到SEI 28，并且不再参与电池10的循环操作。在本公开的示例性电池10中，除了在电池的后续放电操作期间提供足够的锂离子***正电极14之外，锂供体24提供额外的锂离子以向SEI 28补偿锂离子损失。例如，在放电期间，锂供体Li7MnP4可以经历电化学反应以形成6Li+和LiMnP4(其中后者可以在随后的充电循环期间被再锂化)。
在该实例中，锂供体24预锂化负电极12。因此，电池10的不可逆容量损失被最小化，并且其容量保持被最大化。因此，电池10的库仑效率也最大化。另外，使用本公开的锂供体24材料来代替纯锂或锂箔的预锂化减少或防止在电池10的操作期间不期望的锂枝晶的形成，从而改善电池10的耐用性。如果电池10用在车辆(未示出)中，则电池10也可具有增加的能量密度，这将延长车辆的行驶范围。此外，通过在电池10的负电极12侧上包括锂供体24，则不需要如本领域中已知的在正电极14中封装额外的锂容量，并且能够减少或消除诸如负电极12元件的锂电镀。
尽管未示出，但应当理解，在锂离子电池10的放电循环期间，锂离子从负电极12跨过多孔聚合物隔膜16而被迁移到正电极14。除了形成SEI 28之外，电池10的后续充电周期类似于本公开所述的第一周期。随后的充电循环使负电极12再次被锂化。作为实例，在充电期间，LiMnP4(放电后的锂供体24的实例)可以再锂化(至少在早期生命周期中)以形成Li7MnP4或其它更多锂化的化合物，例如Li10MnP4，这取决于存在的过量锂离子的数量。
现在参考图3，示出了包括锂离子电池部件11′、11″的其他实例的锂离子电池10′的另一个实例。锂离子电池部件11′、11″包括支撑体13和形成在支撑体13的至少一部分表面上的涂层32。在锂离子电池部件11″中，支撑体13是负电极12′，并且在表面29上形成有涂层32。在锂离子电池部件11′中，支撑体13是多孔聚合物隔膜16，且表面30上形成有涂层32。
负电极12′可以包括单独的非锂活性材料22或与粘合剂和/或导电填料和/或其它添加剂结合。在一个实例中，负电极12′不包括锂供体24，部分是因为锂供体24存在于在表面29或表面30上形成的涂层32中。可以使用前述的多孔聚合物隔膜16的任何实例。
在该实例中，涂层32由锂供体24构成。在一个实例中，100％的涂层32由锂供体24形成。在另一个实例中，添加剂(例如前面列出的粘合剂)可以包括在涂层32中。在这些情况下，锂供体24构成小于涂层32的100％(例如，低至80重量％)。
在组装锂离子电池10′之前，可以根据本公开的方法的实例形成涂层32。
锂离子电池部件11′可以通过将粉末形式的锂供体24与非水性液体混合以形成浆料而形成。如上所述，非水性液体可以是NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)、丙酮等。在该方法的该实例中，浆料材料涂覆(例如，刮刀涂覆、狭缝模头涂覆等)在支撑体13/多孔聚合物隔膜16的一侧30的全部或一部分上，并且被干燥以在其上形成涂层32。
锂离子电池部件11″可以通过将粉末形式的锂供体24与非水性液体混合以形成浆料而形成。可以使用任何前述非水性液体的实例。在该方法的该实例中，浆料材料涂覆(例如，刮刀涂覆、狭缝模头涂覆等)在支撑体13/负电极12′的一侧29的全部或一部分上，并且被干燥以在其上形成涂层32。
涂层32的厚度可以部分地取决于被涂覆的浆料的厚度。由于在干燥期间除去非水性液体，涂层32可以比涂覆的浆料稍薄。涂层32的厚度可以在约1nm至约20μm的范围内。在一个实例中，涂层32的厚度为约5nm。
一旦形成了锂供体涂层32，电池10′就完全组装在例如壳体(未示出)中。当涂层32形成在多孔聚合物隔膜16的表面30上时，锂离子电池部件11′可以位于电池10′中，使得涂层32面向负电极12′。当涂层32形成在负电极12′的表面29上时，锂离子电池部件11″可以位于电池10′中，使得涂层32面向多孔聚合物隔膜16。因此，完全组装电池10′包括串联的负侧集电器18、负电极12′、涂层32、多孔聚合物隔膜16、正电极14和正侧集电器20，如图3所示。电极12′、电极14、涂层32和多孔聚合物隔膜16中的每一个都可以浸泡在合适的电解质中。
负侧集电器18、正电极14、正侧集电器20和电解质可以是上述任何实例。
当第一次对完全组装电池10′充电时，锂离子从正电极14提取并引入负电极12′中。被称为SEI 28(图3中未示出)的分解产物可以形成在涂层32的全部或部分表面上(例如在涂层32和多孔聚合物隔膜16之间)和/或在负电极12′的全部或部分表面上(例如，在负电极12′和涂层32之间)。SEI 28在负电极12′(在一些情况下，通过涂层32)和电池10′的电解质之间建立离子连接。除了在电池10′的放电操作期间提供足够的锂离子***到正电极14中之外，涂层32中的锂供体24还提供额外的锂离子以向SEI 28补偿损失的锂。
尽管未示出，但应当理解，在锂离子电池10′的放电循环期间，锂离子从负电极12′，或从负电极12′和涂层32迁移，穿过多孔聚合物隔膜16，最后到达正电极14。除了形成SEI 28之外，电池10′的后续充电周期也类似于本公开所述的第一周期。
通过提供在负电极12′或多孔聚合物隔膜16上形成的涂层32形式的锂供体24，电池10′的不可逆容量损失被最小化，并且其容量保持率被最大化。电池10′的库仑效率进而也被最大化。本公开的锂供体24的预锂化还可以减少或防止在电池10′的操作期间不期望的锂枝晶的形成，从而改善电池10′的耐用性。如果电池10′用于车辆中，则电池10′可具有增加的能量密度，这将延长车辆的行驶范围。此外，通过在多孔聚合物隔膜16的面向负电极12′的一侧30或负电极12′的面对多孔聚合物隔膜16的一侧29上包括锂供体24，不需要在电池10′的正电极14侧封装额外的锂容量。
还应当理解，另一个实例包括图1和图2所示实例的特征与图3所示实例的组合。例如，锂离子电池可以包括锂离子电池部件11(即，其中包括锂供体24的负侧集电器18和电极12)、锂离子电池部件11′(即，多孔聚合物隔膜16和涂层32，正电极14和正侧集电器20)。作为另一个实例，锂离子电池可包括锂离子电池部件11(即，包括锂供体24的负侧集电器18和电极12)、锂离子电池部件11”(即负电极12和在其上形成的涂层32)、多孔聚合物隔膜16、正电极14和正侧集电器20。
应当理解，本公开提供的范围包括所述范围和所述范围内的任何值或子范围。例如，大于0重量％至约50重量％的范围应当解释为不仅包括明确列举的大于0重量％至约50重量％的限度，而且包括单独的值，例如0.75重量％、15重量％、32重量％、49.5重量％等，以及子范围，例如约0.25重量％至约35重量％；约2重量％至约25重量％等。此外，当“约”用于描述值时，这意味着包括与所述值的微小变化(高达+/-10％)。
在整个说明书中对“一个实例”、“另一个实例”、“实例”等的引用意味着结合实例描述的特定元件(例如，特征、结构和/或特性)被包括在本公开所描述的至少一个实例中，并且可以或可以不存在于其他实例中。另外，应当理解，除非上下文另外明确指出，否则用于任何实例的所描述的元件可以以任何合适的方式组合在各种实例中。
在描述和要求保护本公开公开的实例时，除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指示物。
虽然已经详细描述了若干实例，但是应当理解，可以修改所公开的实例。因此，前面的描述被认为是非限制性的。

Claims (10)

1.一种锂离子电池部件，其包括：
支撑体，其选自由集电器、负电极和多孔聚合物隔膜组成的组；和
锂供体，其i)作为添加剂与非锂活性材料一起存在于所述集电器上的负电极中，或ii)作为涂层存在于所述负电极的至少一部分上，或iii)作为涂层存在于所述多孔聚合物隔膜的至少一部分上，所述锂供体的分子式选自由Li8-yMyP4、Li10-yTiyP4、LixP和Li2CuP组成的组，Li8-yMyP4中的M是Fe、V或Mn，并且其中y在1至4的范围内；Li10-yTiyP4中的y在1至2的范围内；LixP中，0＜x≤3。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池部件，其中：
所述锂供体作为添加剂与所述非锂活性物质一起存在于所述集电器上的负电极中；
所述非锂活性材料以所述负电极的总重量％的大于0重量％至约98重量％的量存在；
所述非锂活性材料选自由以下组成的组：i)碳基材料；ii)硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、锑(Sb)、铋(Bi)、锌(Zn)、铝(Al)或镉(Cd)；iii)硅、锗、锡、铅、锑、铋、锌、铝、钛、铁(Fe)、锰(Mn)或镉与其它元素的合金或金属间化合物；iv)硅、锗、锡、铅、锑、铋、锌、铝、铁、钛、锰、钴或镉的氧化物，碳化物，氮化物，硫化物，磷化物，硒化物或碲化物；和v)i，ii，iii和iv的任意组合；和
所述锂供体以所述负电极的总重量％的大于0重量％至约50重量％的量存在。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池部件，其中所述锂供体选自由Li7MnP4、Li5.5Mn2.5P4、Li7VP4、Li9TiP4和Li2CuP2组成的组。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池部件，其中所述锂供体作为所述涂层存在于所述多孔聚合物膜的所述表面的至少一部分上。
5.一种锂离子电池，其包括：
正电极；
负电极；
多孔聚合物隔膜，其位于所述正电极和所述负电极之间；和
锂供体，其作为添加剂与非锂活性材料一起存在于所述负电极中，或作为涂层存在于所述负电极的至少一部分上，或作为涂层存在于所述多孔聚合物隔膜的面向所述负电极的表面的至少一部分上，所述锂供体选自由Li8-yMyP4、Li10-yTiyP4、LixP和Li2CuP组成的组，其中Li8-yMyP4中的M是Fe、V或Mn，并且其中y在1至4的范围内；Li10-yTiyP4中的y在1至2的范围内；LixP中，0≤x≤3。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池，其中：
所述锂供体作为添加剂与所述非锂活性材料一起存在于所述负电极中；
所述非锂活性材料以所述负电极的总重量％的大于0重量％至约98重量％的量存在；
所述非锂活性材料选自由以下组成的组：i)碳基材料；ii)硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、锑(Sb)、铋(Bi)、锌(Zn)、铝(Al)或镉(Cd)；iii)硅、锗、锡、铅、锑、铋、锌、铝、钛、铁(Fe)、锰(Mn)或镉与其它元素的合金或金属间化合物；iv)硅、锗、锡、铅、锑、铋、锌、铝、铁、钛、锰、钴或镉的氧化物，碳化物，氮化物，硫化物，磷化物，硒化物或碲化物；和v)i，ii，iii和iv的任意组合；和
所述锂供体以所述负电极的总重量％的大于0重量％至约50重量％的量存在。
7.根据权利要求5所述的锂离子电池，其中所述锂供体选自由Li7MnP4、Li5.5Mn2.5P4、Li7VP4、Li9TiP4和Li2CuP2组成的组。
8.根据权利要求5所述的锂离子电池，其中所述锂供体作为所述涂层存在于所述多孔聚合物隔膜的面向所述负电极的表面的至少一部分上。
9.一种用于形成锂离子电池部件的方法，所述方法包括：
将粉末状锂供体与非水性液体混合以形成浆料，所述锂供体选自由Li8-yMyP4、Li10- yTiyP4、LixP和Li2CuP组成的组，其中Li8-yMyP4中的M是Fe、V或Mn，并且其中y在1至4的范围内；Li10-yTiyP4中的y在1至2的范围内；LixP中，0＜x≤3；
将所述浆料涂覆在选自由集电器、负电极和多孔聚合物隔膜组成的组的支撑体上；和
干燥所述浆料。
10.如权利要求9所述的方法，其中：
将浆料涂覆在所述集电器上；
在将所述粉末状锂供体与所述非水性液体混合之前，所述方法还包括将所述粉末状锂供体与粉末状非锂活性材料混合以形成粉末混合物；
所述非锂活性材料以所述粉末混合物的总重量％的大于0重量％至约98重量％的量存在；和
所述锂供体以所述粉末混合物的总重量％的大于0重量％至约50重量％的量存在。
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