具有降低的阻抗的電化學(xué)電池或蓄電池及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鋰電化學(xué)電池和/或鋰蓄電池，并且更具體地涉及具有減小的內(nèi)電阻或內(nèi)阻抗的鋰電化學(xué)電池和/或鋰蓄電池，以及用于降低該電池和/或蓄電池的內(nèi)電阻或內(nèi)阻抗的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰蓄電池已經(jīng)變成了在用于便攜式電子裝置中的所有化學(xué)電源和用于電動車輛或混合動力車輛的電力電源之中的主要儲能裝置。
[0003]近來，具有基于磷酸鐵的正電極的鋰蓄電池由于其安全系數(shù)和持久性已經(jīng)變成了最有前景的一類鋰蓄電池。
[0004]鋰蓄電池在其壽命開始時呈現(xiàn)出小的初始內(nèi)電阻或內(nèi)阻抗，該初始內(nèi)電阻或內(nèi)阻抗必須在蓄電池的整個壽命中保持穩(wěn)定。增大內(nèi)電阻將在蓄電池的整個循環(huán)壽命中實現(xiàn)緩慢地降低蓄電池性能直到在許多次充放電循環(huán)之后蓄電池容量衰減到了下述水平為止:在該水平下，蓄電池不再根據(jù)該蓄電池所供電的應(yīng)用的要求進(jìn)行執(zhí)行。初始內(nèi)電阻越高，蓄電池容量將衰減越快，并且因此蓄電池壽命將越短。
[0005]因此，降低蓄電池的初始內(nèi)電阻或內(nèi)阻抗會在蓄電池的循環(huán)壽命開始時增大蓄電池容量，并且還會在蓄電池的整個循環(huán)壽命中降低蓄電池的容量衰減，從而改進(jìn)蓄電池的功率輸送能力和蓄電池的長久性這兩者。
[0006]因此，需要與其它類似蓄電池或電池相比具有較低的內(nèi)電阻或內(nèi)阻抗的鋰蓄電池或鋰電池，和/或用于降低該蓄電池或電池的阻抗的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個目的是至少改善現(xiàn)有技術(shù)中存在的一些不便之處。
[0008]本發(fā)明的另一目的是提供一種與其它類似蓄電池或電池相比具有較低的內(nèi)阻抗的鋰蓄電池或電池。
[0009]在一個方面，本發(fā)明提供了一種用于降低蓄電池或電池的阻抗的方法。
[0010]本發(fā)明的每個實施方式均具有上述目的和/或方面中的至少一者，但未必具有其全部。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明中由于嘗試達(dá)到上述目的而產(chǎn)生的一些方面可以不滿足這些目的和/或可以滿足本文中未具體敘述的其它目的。
[0011]根據(jù)以下描述、附圖和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的實施方式的附加的和/或替選的特征、方面和優(yōu)點將變得明顯。
【附圖說明】
[0012]為了更好地理解本發(fā)明以及本發(fā)明的其它方面和進(jìn)一步的特征，參照以下要結(jié)合附圖來使用的描述，在附圖中:
[0013]圖1為包括多個電化學(xué)電池的蓄電池的示例的透視圖；
[0014]圖2為電化學(xué)電池迭片的示意圖；
[0015]圖3為示出根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池的內(nèi)阻抗減小的曲線圖；
[0016]圖4為示出包括基于LiFePOj^正電極的鋰電化學(xué)電池延伸進(jìn)入過放電的放電曲線的曲線圖；
[0017]圖5為示出蓄電池中的多個鋰電化學(xué)電池延伸進(jìn)入過放電的放電曲線的曲線圖；
[0018]圖6為示出新蓄電池中的多個鋰電化學(xué)電池延伸進(jìn)入過放電的放電曲線的曲線圖；
[0019]圖7為示出蓄電池中的多個鋰電化學(xué)電池延伸進(jìn)入過放電的放電曲線的曲線圖；以及
[0020]圖8為示出新蓄電池中的多個鋰電化學(xué)電池延伸進(jìn)入過放電的放電曲線的曲線圖。
【具體實施方式】
[0021]圖1示出鋰金屬聚合物蓄電池10，其中剖面部分示出其內(nèi)部部件。在該具體示例中，蓄電池10包括多個電化學(xué)電池12，所述多個電化學(xué)電池12彼此堆疊，串聯(lián)地連接在一起，并且連接至蓄電池極14和15。電化學(xué)電池12的堆連接至電子控制板16，該電子控制板16控制電化學(xué)電池12的充放電模式并且監(jiān)測蓄電池10的各種參數(shù)。
[0022]每個電化學(xué)電池12包括圖2中示意性示出的迭片20的多層組件。每個迭片20包括:充當(dāng)鋰源的金屬鋰箔陽極22 ;充當(dāng)鋰離子載體的固體聚合物電解質(zhì)隔離器24 ;以及陰極26，該陰極26具有作為其電化學(xué)活性材料的LiFeP04。陰極26由聚合物粘合劑和磷酸鐵鋰的化合物制成，并且適于可逆地插入鋰離子。陰極26由集流器28支撐，集流器28可操作地將陰極26電連接至電化學(xué)電池12中的其它陰極26。
[0023]參照圖3，電化學(xué)電池12的內(nèi)電阻或內(nèi)阻抗通常表現(xiàn)出如圖3的線(a)所示的那樣，該電化學(xué)電池12包括:鋰金屬陽極片22 ;基于固體聚氧化乙烯的電解質(zhì)24 ;以及陰極26，該陰極26包括混合在相同的基于固體聚氧化乙烯的電解質(zhì)中的LiFePO4插入材料。電池12的初始內(nèi)電阻或內(nèi)阻抗示意性地示出為100%，并且該內(nèi)電阻在對于電化學(xué)電池12的整個循環(huán)壽命的整個連續(xù)充放電循環(huán)中保持相對穩(wěn)定。
[0024]圖4為示出上述電化學(xué)電池12從完全充電狀態(tài)起并且延伸進(jìn)入過放電狀態(tài)的放電曲線的曲線圖。完全充電的電化學(xué)電池12具有約3.6V的初始電壓。在放電開始時，電壓迅速降低至3.4V的操作穩(wěn)定水平，在3.4V的操作穩(wěn)定水平下電化學(xué)電池12輸送其大部分能量直到其全部容量用于正常狀況下為止。在電化學(xué)電池12的操作穩(wěn)定水平的末端，電化學(xué)電池12已經(jīng)放電了其額定容量的100%。如果繼續(xù)使電化學(xué)電池12放電或者強制電化學(xué)電池12繼續(xù)放電，則電化學(xué)電池12達(dá)到斜坡(r)，其中，電化學(xué)電池12的電壓迅速降低至在0.5V與2.0V之間某處的第二穩(wěn)定水平。如果放電電流高于C/5或者更高，則該第二穩(wěn)定水平可以低至0.5V，并且如果放電電流非常低，大約C/20，則第二穩(wěn)定水平可以高達(dá)2.0V。因此，取決于電化學(xué)電池12的放電電流，第二穩(wěn)定水平可以近似地在0.5V與2.0V之間變化?；谏鲜鲈?，在圖4中將第二穩(wěn)定水平示出為在0.5V至2.0V的范圍內(nèi)。在C/8下，第二穩(wěn)定水平近似地在0.8V與1.2V之間。該第二穩(wěn)定水平比3.4V的操作穩(wěn)定水平長得多，并且由于空間原因而未在圖4的曲線圖中示出該第二穩(wěn)定水平的全長。當(dāng)電化學(xué)電池12達(dá)到在0.5V與2.0V之間的該第二穩(wěn)定水平時，電化學(xué)電池12進(jìn)入過放電狀況，在該過放電狀況下電化學(xué)電池12以高于其額定容量的100%進(jìn)行放電。在過放電狀況下，例如如果使電化學(xué)電池12放電至其額定容量的150%，則認(rèn)為電化學(xué)電池12開始了不可逆退化，其最終將使電化學(xué)電池12的有效性降低。在操作中，經(jīng)由電子控制板16來監(jiān)測電化學(xué)電池12的電壓，該電子控制板16在電化學(xué)電池12達(dá)到操作穩(wěn)定水平的末端時切斷電化學(xué)電池12的功率輸送，以防止電化學(xué)電池12達(dá)到過放電穩(wěn)定水平，進(jìn)而以便于保持電化學(xué)電池12的健康。
[0025]通過對電化學(xué)電池12在過放電狀況下的表現(xiàn)的各種研宄，發(fā)明人驚人地發(fā)現(xiàn)了以下:使電化學(xué)電池12達(dá)到第二穩(wěn)定水平并且繼續(xù)放電達(dá)一定時間段，以使得電化學(xué)電池12繼續(xù)放電超過其額定容量的100%，這對于電池12的初始內(nèi)電阻或內(nèi)阻抗有實際益處。
[0026]發(fā)現(xiàn)以下:當(dāng)使電池12過放電至達(dá)到在0.5V與2.0V之間的第二穩(wěn)定水平(其取決于放電電流)的點時，繼續(xù)過放電達(dá)如圖4所示的放電2Ah至30Ah (對應(yīng)于電池額定容量的102%至140% )的時間段；當(dāng)使電池12重新充電至其3.6V的完全充電的標(biāo)稱電壓并且使電池12第二次放電時，電池12的內(nèi)電阻或內(nèi)阻抗減小了多達(dá)40%。電池12的內(nèi)電阻或內(nèi)阻抗不再達(dá)到先前參照圖3描述的其初始內(nèi)電阻或內(nèi)阻抗的100%，而電池12的內(nèi)電阻達(dá)到了其初始值的約60%。為了實現(xiàn)這種對內(nèi)電阻的減小，優(yōu)選地使電化學(xué)電池12保持在針對6至15Ah的過放電穩(wěn)定水平中，從而達(dá)到電化學(xué)電池12的額定容量的108%至120%。
[0027]給定的電化學(xué)電池的操作穩(wěn)定水平的長度定義了針對給定放電率(C/4、C/6、C/10...)電化學(xué)電池或蓄電池在其操作溫度下的額定放電容量。
[0028]如圖3所示，未經(jīng)歷暫時過放電狀況的電池12的內(nèi)電阻或內(nèi)阻抗初始為100%，并且如阻抗曲線的(a)部分所示，在整個連續(xù)充放電循環(huán)中保持相對穩(wěn)定。如阻抗曲線的(b)部分所示，經(jīng)歷暫時過放電狀況甚至在多次循環(huán)之后實現(xiàn)使電池12生成其內(nèi)阻抗的急劇減小。電池12的阻抗已經(jīng)被顯著減小了最高達(dá)40%，此時電池12的阻抗達(dá)到曲線圖上的60%標(biāo)記。如阻抗曲線的(c)部分所示，在使電池放電進(jìn)入過放電穩(wěn)定水平的過程之后，在針對電池12的循環(huán)壽命的剩余部分的連續(xù)充放電循環(huán)中，電池12的內(nèi)阻抗保持穩(wěn)定在60%的水平。
[0029]通過延長的或強制的過放電的對電池12的陰極26的電化學(xué)還原實現(xiàn)了對電池12的內(nèi)電阻或內(nèi)阻抗的減小。
[0030]理想地，在電化學(xué)電池12為新時執(zhí)行通過放電進(jìn)入過放電穩(wěn)定水平的對電池12的阻抗的減小。當(dāng)初始生產(chǎn)出