本发明专利技术通过使用看似形成更稳定结构以用于后续循环的形成步骤并通过改进充电-放电循环的管理来实现高电压锂离子电池的改进循环。具体来说，可用较低电压执行所述电池的形成充电，之后通过充电到所述电池的指定操作电压来完全激活所述电池。关于电池的充电和放电管理，已发现，对于所关注的富锂高电压组合物，较深的放电可在较大数目的循环中保持循环容量。电池管理可经设计以利用通过所述电池的较深放电获得的经改进循环容量。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有提供相对高电压操作的阴极活性材料的锂离子电池和用于制备所述电池并使所述电池循环以使得所述电池在高电压操作中展现良好循环的程序。本专利技术另外涉及操作所述电池和相关充电功能以使得所述电池在较长期循环中维持较高容量的控制电路。
技术介绍
锂电池因其相对高能量密度而广泛用于消费类电子产品中。可再充电电池也称作二次电池，且锂离子二次电池通常具有嵌入锂的负电极材料。对于目前一些市售电池来说，负电极材料可为石墨，且正电极材料可包含锂钴氧化物(LiCoO2)t5在实践中，一些市售电池只能使用阴极的理论容量的一部分，例如约140mAh/g。目前在商业应用中还有至少两 种基于锂的其它阴极材料。这两种材料是具有尖晶石结构的LiMn2O4和具有橄榄石结构的LiFeP04。这些其它材料尚未提供能量密度的任何显著改良。一般将锂离子电池基于其应用分为两类。第一类涉及高功率电池，其中将锂离子电池设计为可输送高电流(安培)以用于诸如电动工具和混合电动车(HEV)等应用。然而，由于提供高电流的设计通常降低可从电池输送的总能量，所以此设计会降低所述电池的能量。第二类设计涉及高能量电池，其中将锂离子电池设计为可输送低到中电流以用于诸如手机、膝上型计算机、电动车(EV)和插电式混合电动车(PHEV)等应用中(安培)且输送较高总容量。对于任一种电池设计类型，通常期望具有较大可存取容量以及较大平均电压。
技术实现思路
在第一方面中，本专利技术涉及对二次电池进行第一次充电的方法，所述二次电池包含含有锂嵌入组合物的正电极、包含元素碳的负电极、位于电极之间的分离件和包含锂离子的电解质。所述方法包含对所述电池执行第一次充电到不大于约4. 3伏的电压，在完成第一次充电后，将所述电池在开路下保持至少约12小时休息期的时间，并在休息期完成后执行第二次充电到至少约4. 35伏的电压。在其它方面中，本专利技术涉及锂离子电池，其包含正电极、负电极和位于正电极与负电极之间的分离件以及包含锂离子的电解质。正电极通常包含锂嵌入组合物且负电极通常包含锂嵌入/合金组合物。在一些实施例中，在初始充电与放电循环之后，负电极展现到至少130°C的相稳定性，如在差示扫描量热法评估中参照起始温度所确定。在另一方面中，本专利技术涉及电池管理系统，其包含监视电路、充电-放电电路和处理器。监视电路可操作地连接到锂离子电池，所述锂离子电池包含含有锂嵌入组合物的正电极、包含元素碳的负电极、位于电极之间的分离件和包含锂离子的电解质。处理器通常经编程以控制将电池充电到至少约4. 35V的电压并在每150个循环中的至少一个循环中将电池放电到不大于约2. 25伏的值。在另一方面中，本专利技术涉及电池控制系统，其包含监视电路、充电-放电电路和处理器。监视电路可操作地连接到锂离子电池，所述锂离子电池包含含有锂嵌入组合物的正电极、包含元素碳的负电极、位于电极之间的分离件和包含锂离子的电解质。此外，处理器可经编程以在由电池供电的相连电装置连接到外部电源时通过与独立于所述装置的电路的放电负载将电池放电到不大于约2. 25伏的电压，并随后将电池充电到至少约4. 35伏的电压。在另一方面中，本专利技术涉及使二次电池循环的方法，所述二次电池包含含有锂嵌入组合物的正电极、包含元素碳的负电极、位于电极之间的分离件和包含锂离子的电解质。在一些实施例中，所述方法包含在第20个充电-放电循环之后，在一个或一个以上循环中将电池放电到不大于约2. 25伏的电压以增加电池容量。附图说明图I是装配于电池组内的电池电极的示意性透视图。 图2是电池管理系统的示意图。图3是充电-放电电路的示意图。图4是用两种不同形成方案形成的高电压锂离子电池的放电比容量随循环数而变的曲线。图5是在初始充电到4. 2V后以5种不同长度的开路休息期(O天、2天、4天、7天和10天)形成的电池的放电比容量随循环数而变的曲线组。图6是从以不同长度的休息期(2天、4天、7天或10天)形成的电池移除的负电极的差示扫描量热仪测量的曲线。图7是以7天休息期形成的负电极的正规化差示扫描量热仪测量以及来自两个市售电池的负电极的测量的曲线。图8是以5种不同初始和最终充电电压形成的电池的放电比容量随循环数而变的曲线组。图9是具有两种不同截止放电电压的电池从第四实际放电开始放电比容量随循环数而变的曲线。图10是三个电池(其中两个电池具有两种不同截止放电电压且第三个电池在第110个循环之后改变截止放电电压)从第四个实际放电循环开始放电比容量随循环数而变的曲线。具体实施例方式已研发用以改良设计用于在相对高电压(在一些实施例中至少约4. 35伏)下循环操作的锂离子电池的循环效能的程序。具体来说，在第一充电循环期间，通常在电池内发生不可逆变化。对于二次电池，在第一次充电步骤期间，锂离开正电极活性材料且被插入负电极活性材料中。已发现，对于较高电压操作，如果首先将电池充电到较低电压且随后存储于开路中，则之后可获得经改进循环。已发现，可在负电极中引入显著改良电池循环的变化。人们相信，电池在初始充电和/或存储期期间发生不可逆变化。所述变化可合理地与更稳定且可能更厚的溶剂电解质相间层的形成相关。令人惊讶地，存储期的长度显著影响电池的后续循环。在执行以较低电压充电和存储之后，至少将电池充电到指定操作电压以激活电池。此外，已令人惊讶地发现，如果使用较深放电，则高电压电池的循环容量有所改良。此外，甚至更令人惊讶地，可通过在电池以不太陡峭的放电初始循环之后执行较深放电来恢复电池容量。因此，可以方式来控制电池充电和放电循环以在显著较大数目的循环中维持输出较高放电容量以增加电池的有效寿命。因此，经改进电池形成和/或电池循环控制可延长电池寿命，从而尤其在装置经历大量涉及多个电池充电循环的使用时，可在装置的寿命期间显著降低电池成本。本文所述电池是锂离子电池，其中非水性电解质溶液包含锂离子。对于锂离子二次电池来说，在放电期间从负电极释放锂离子以使得负电极在放电期间用作阳极，同时在从电极释放锂离子后通过锂的氧化生成电子。相应地，正电极在放电期间通过嵌入或类似过程吸收锂离子，从而使得正电极在放电期间用作消耗电子的阴极。在对二次电池再充电之后，锂离子流反向通过电池，其中负电极吸收锂且 正电极以锂离子形式释放锂。以较高充电电压操作电池可增加多种正电极活性材料量的容量且可能增加平均电压，从而使得可输送较大能量。词语“元素”在本文中是以其传统方式使用且是指周期表中的成员，其中如果元素在组合物中则元素具有适当氧化态，且其中仅在指明其呈元素形式时元素才呈其元素形式M°。因此，金属元素通常仅在其元素形式或金属元素形式的相应合金中呈金属状态。换句话说，除金属合金外，金属氧化物或其它金属组合物通常不是金属。本文所述锂离子电池已达成经改进循环效能，同时展现高比容量和高总容量。用于本文所述长循环寿命电池的高容量正电极材料可使用可针对商业生产加以缩放的技术来生产。适宜合成技术包括(例如)共沉淀方法或溶胶-凝胶合成。在正电极活性材料上使用金属氟化物涂层、金属氧化物涂层或其它适宜涂层也可促使增强循环效能。正电极材料也可在放电循环中展现高平均电压，从而使得电池具有高能量输出以及高比容量。此外，在一些实施例中，正电极材料在电池的第一次充电和放电之后显本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏布·阿米鲁汀，素布拉马尼安·文卡塔查拉姆，埃尔曼·洛佩斯，苏吉特·库马尔，
申请(专利权)人：安维亚系统公司，
类型：
国别省市：
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