本發明專利技術通過使用看似形成更穩定結構以用于后續循環的形成步驟并通過改進充電-放電循環的管理來實現高電壓鋰離子電池的改進循環。具體來說，可用較低電壓執行所述電池的形成充電，之后通過充電到所述電池的指定操作電壓來完全激活所述電池。關于電池的充電和放電管理，已發現，對于所關注的富鋰高電壓組合物，較深的放電可在較大數目的循環中保持循環容量。電池管理可經設計以利用通過所述電池的較深放電獲得的經改進循環容量。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及具有提供相對高電壓操作的陰極活性材料的鋰離子電池和用于制備所述電池并使所述電池循環以使得所述電池在高電壓操作中展現良好循環的程序。本專利技術另外涉及操作所述電池和相關充電功能以使得所述電池在較長期循環中維持較高容量的控制電路。
技術介紹
鋰電池因其相對高能量密度而廣泛用于消費類電子產品中。可再充電電池也稱作二次電池，且鋰離子二次電池通常具有嵌入鋰的負電極材料。對于目前一些市售電池來說，負電極材料可為石墨，且正電極材料可包含鋰鈷氧化物(LiCoO2)t5在實踐中，一些市售電池只能使用陰極的理論容量的一部分，例如約140mAh/g。目前在商業應用中還有至少兩 種基于鋰的其它陰極材料。這兩種材料是具有尖晶石結構的LiMn2O4和具有橄欖石結構的LiFeP04。這些其它材料尚未提供能量密度的任何顯著改良。一般將鋰離子電池基于其應用分為兩類。第一類涉及高功率電池，其中將鋰離子電池設計為可輸送高電流(安培)以用于諸如電動工具和混合電動車(HEV)等應用。然而，由于提供高電流的設計通常降低可從電池輸送的總能量，所以此設計會降低所述電池的能量。第二類設計涉及高能量電池，其中將鋰離子電池設計為可輸送低到中電流以用于諸如手機、膝上型計算機、電動車(EV)和插電式混合電動車(PHEV)等應用中(安培)且輸送較高總容量。對于任一種電池設計類型，通常期望具有較大可存取容量以及較大平均電壓。
技術實現思路
在第一方面中，本專利技術涉及對二次電池進行第一次充電的方法，所述二次電池包含含有鋰嵌入組合物的正電極、包含元素碳的負電極、位于電極之間的分離件和包含鋰離子的電解質。所述方法包含對所述電池執行第一次充電到不大于約4. 3伏的電壓，在完成第一次充電后，將所述電池在開路下保持至少約12小時休息期的時間，并在休息期完成后執行第二次充電到至少約4. 35伏的電壓。在其它方面中，本專利技術涉及鋰離子電池，其包含正電極、負電極和位于正電極與負電極之間的分離件以及包含鋰離子的電解質。正電極通常包含鋰嵌入組合物且負電極通常包含鋰嵌入/合金組合物。在一些實施例中，在初始充電與放電循環之后，負電極展現到至少130°C的相穩定性，如在差示掃描量熱法評估中參照起始溫度所確定。在另一方面中，本專利技術涉及電池管理系統，其包含監視電路、充電-放電電路和處理器。監視電路可操作地連接到鋰離子電池，所述鋰離子電池包含含有鋰嵌入組合物的正電極、包含元素碳的負電極、位于電極之間的分離件和包含鋰離子的電解質。處理器通常經編程以控制將電池充電到至少約4. 35V的電壓并在每150個循環中的至少一個循環中將電池放電到不大于約2. 25伏的值。在另一方面中，本專利技術涉及電池控制系統，其包含監視電路、充電-放電電路和處理器。監視電路可操作地連接到鋰離子電池，所述鋰離子電池包含含有鋰嵌入組合物的正電極、包含元素碳的負電極、位于電極之間的分離件和包含鋰離子的電解質。此外，處理器可經編程以在由電池供電的相連電裝置連接到外部電源時通過與獨立于所述裝置的電路的放電負載將電池放電到不大于約2. 25伏的電壓，并隨后將電池充電到至少約4. 35伏的電壓。在另一方面中，本專利技術涉及使二次電池循環的方法，所述二次電池包含含有鋰嵌入組合物的正電極、包含元素碳的負電極、位于電極之間的分離件和包含鋰離子的電解質。在一些實施例中，所述方法包含在第20個充電-放電循環之后，在一個或一個以上循環中將電池放電到不大于約2. 25伏的電壓以增加電池容量。附圖說明圖I是裝配于電池組內的電池電極的示意性透視圖。 圖2是電池管理系統的示意圖。圖3是充電-放電電路的示意圖。圖4是用兩種不同形成方案形成的高電壓鋰離子電池的放電比容量隨循環數而變的曲線。圖5是在初始充電到4. 2V后以5種不同長度的開路休息期(O天、2天、4天、7天和10天)形成的電池的放電比容量隨循環數而變的曲線組。圖6是從以不同長度的休息期(2天、4天、7天或10天)形成的電池移除的負電極的差示掃描量熱儀測量的曲線。圖7是以7天休息期形成的負電極的正規化差示掃描量熱儀測量以及來自兩個市售電池的負電極的測量的曲線。圖8是以5種不同初始和最終充電電壓形成的電池的放電比容量隨循環數而變的曲線組。圖9是具有兩種不同截止放電電壓的電池從第四實際放電開始放電比容量隨循環數而變的曲線。圖10是三個電池(其中兩個電池具有兩種不同截止放電電壓且第三個電池在第110個循環之后改變截止放電電壓)從第四個實際放電循環開始放電比容量隨循環數而變的曲線。具體實施例方式已研發用以改良設計用于在相對高電壓(在一些實施例中至少約4. 35伏)下循環操作的鋰離子電池的循環效能的程序。具體來說，在第一充電循環期間，通常在電池內發生不可逆變化。對于二次電池，在第一次充電步驟期間，鋰離開正電極活性材料且被插入負電極活性材料中。已發現，對于較高電壓操作，如果首先將電池充電到較低電壓且隨后存儲于開路中，則之后可獲得經改進循環。已發現，可在負電極中引入顯著改良電池循環的變化。人們相信，電池在初始充電和/或存儲期期間發生不可逆變化。所述變化可合理地與更穩定且可能更厚的溶劑電解質相間層的形成相關。令人驚訝地，存儲期的長度顯著影響電池的后續循環。在執行以較低電壓充電和存儲之后，至少將電池充電到指定操作電壓以激活電池。此外，已令人驚訝地發現，如果使用較深放電，則高電壓電池的循環容量有所改良。此外，甚至更令人驚訝地，可通過在電池以不太陡峭的放電初始循環之后執行較深放電來恢復電池容量。因此，可以方式來控制電池充電和放電循環以在顯著較大數目的循環中維持輸出較高放電容量以增加電池的有效壽命。因此，經改進電池形成和/或電池循環控制可延長電池壽命，從而尤其在裝置經歷大量涉及多個電池充電循環的使用時，可在裝置的壽命期間顯著降低電池成本。本文所述電池是鋰離子電池，其中非水性電解質溶液包含鋰離子。對于鋰離子二次電池來說，在放電期間從負電極釋放鋰離子以使得負電極在放電期間用作陽極，同時在從電極釋放鋰離子后通過鋰的氧化生成電子。相應地，正電極在放電期間通過嵌入或類似過程吸收鋰離子，從而使得正電極在放電期間用作消耗電子的陰極。在對二次電池再充電之后，鋰離子流反向通過電池，其中負電極吸收鋰且 正電極以鋰離子形式釋放鋰。以較高充電電壓操作電池可增加多種正電極活性材料量的容量且可能增加平均電壓，從而使得可輸送較大能量。詞語“元素”在本文中是以其傳統方式使用且是指周期表中的成員，其中如果元素在組合物中則元素具有適當氧化態，且其中僅在指明其呈元素形式時元素才呈其元素形式M°。因此，金屬元素通常僅在其元素形式或金屬元素形式的相應合金中呈金屬狀態。換句話說，除金屬合金外，金屬氧化物或其它金屬組合物通常不是金屬。本文所述鋰離子電池已達成經改進循環效能，同時展現高比容量和高總容量。用于本文所述長循環壽命電池的高容量正電極材料可使用可針對商業生產加以縮放的技術來生產。適宜合成技術包括(例如)共沉淀方法或溶膠-凝膠合成。在正電極活性材料上使用金屬氟化物涂層、金屬氧化物涂層或其它適宜涂層也可促使增強循環效能。正電極材料也可在放電循環中展現高平均電壓，從而使得電池具有高能量輸出以及高比容量。此外，在一些實施例中，正電極材料在電池的第一次充電和放電之后顯本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：夏布·阿米魯汀，素布拉馬尼安·文卡塔查拉姆，埃爾曼·洛佩斯，蘇吉特·庫馬爾，
申請(專利權)人：安維亞系統公司，
類型：
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。