[發(fā)明專利]用于便攜式電子設(shè)備的高電壓鋰聚合物電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280052461.2
• 申請(qǐng)日: 2012-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN103931038A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: H·戴;R·曼克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘋果公司
• 主分類號(hào): H01M10/052
• 分類號(hào): H01M10/052;H01M10/054;H01M10/0565
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李躍龍

背景技術(shù)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例涉及用于便攜式電子設(shè)備的電池。更具體地講，本發(fā)明實(shí)施例涉及用于便攜式電子設(shè)備的高電壓鋰聚合物電池的設(shè)計(jì)和制造。

相關(guān)領(lǐng)域

可再充電電池目前用于為多種便攜式電子設(shè)備提供電力，所述便攜式電子設(shè)備包括膝上型計(jì)算機(jī)、平板型計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、便攜式媒體播放器和/或數(shù)字相機(jī)。最常用類型的可再充電電池為鋰電池，其可包括鋰離子電池或鋰聚合物電池。

鋰聚合物電池通常包括被封裝在柔性袋中的單元。此類袋通常重量輕且制造成本廉價(jià)。此外，這些袋可以定制成各種單元尺寸，從而允許鋰聚合物電池用于空間有限的便攜式電子設(shè)備(諸如移動(dòng)電話、膝上型計(jì)算機(jī)和/或數(shù)字相機(jī))中。例如，通過將軋制電極和電解質(zhì)封裝在鋁層合袋中，鋰聚合物電池單元可以實(shí)現(xiàn)90％-95％的封裝效率。然后，可以將多個(gè)袋并排放置在便攜式電子設(shè)備內(nèi)，并且串聯(lián)地和/或并聯(lián)地電耦合，以形成用于便攜式電子設(shè)備的電池。

在操作過程中，鋰聚合物電池的容量可由于內(nèi)阻的增加、電極和/或電解質(zhì)降解、過熱和/或異常使用而隨時(shí)間推移逐漸變小。例如，重復(fù)的充電-放電循環(huán)和/或老化可引起電解質(zhì)的氧化和/或電池內(nèi)陰極和陽(yáng)極材料的降解，這繼而可引起電池容量逐漸減小。當(dāng)電池繼續(xù)老化和降解時(shí)，容量的減小速率可增加，特別是當(dāng)電池在高充電電壓下連續(xù)充電和/或在高溫下操作時(shí)更是如此。

隨時(shí)間推移繼續(xù)使用鋰聚合物電池還可在電池的非剛性單元中產(chǎn)生溶脹，并且最終致使電池超出便攜式電子設(shè)備的指定的最大物理尺寸。此外，常規(guī)的電池監(jiān)測(cè)機(jī)制可不包括用以管理電池溶脹的功能性。因而，設(shè)備的用戶可能在溶脹導(dǎo)致設(shè)備物理?yè)p壞之后才會(huì)意識(shí)到電池的溶脹和/或降解。

因此，需要一種用于使用于便攜式電子設(shè)備的高電壓鋰聚合物電池中的溶脹最小化并且提高容量保留的機(jī)制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所公開的實(shí)施例提供了一種鋰聚合物電池單元。鋰聚合物電池單元包括陽(yáng)極和陰極，所述陰極包含摻雜有摻雜劑的鋰鈷氧化物粒子。鋰聚合物電池單元還包括封裝陽(yáng)極和陰極的袋，其中袋為柔性的。陰極可允許鋰聚合物電池單元的充電電壓大于4.25V。

在一些實(shí)施例中，摻雜劑包括鎂、鈦、鋅、硅、鋁、鋯、釩、錳或鈮的元素或化合物。化合物可對(duì)應(yīng)于氧化物、磷酸鹽和/或氟化物。利用某種技術(shù)，例如電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)技術(shù)，陰極中的摻雜劑和保護(hù)化學(xué)品的組合含量可大于0.02％并且小于0.8％。

在一些實(shí)施例中，鋰鈷氧化物粒子的中值粒度(D50)介于5微米和25微米之間。

在一些實(shí)施例中，鋰鈷氧化物粒子還涂覆有保護(hù)化學(xué)品。

在一些實(shí)施例中，保護(hù)化學(xué)品的厚度為約200納米。保護(hù)化學(xué)品還可包括氧化物、磷酸鹽和氟化物。

在一些實(shí)施例中，電池單元還包括包含電解質(zhì)添加劑的電解質(zhì)。電解質(zhì)添加劑可包括碳酸亞乙酯、乙酸乙烯酯、乙烯基碳酸亞乙酯、噻吩、1,3-丙磺酸內(nèi)酯、琥珀酸酐和二腈添加劑。二腈添加劑可為丙二腈、丁二腈、戊二腈、己二腈和/或苯二甲腈。

在一些實(shí)施例中，二腈添加劑的含量小于電解質(zhì)的5重量％。

在一些實(shí)施例中，單元中的水含量小于200ppm，優(yōu)選小于20ppm。

在一些實(shí)施例中，袋的厚度小于120微米。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施例的電池單元的俯視圖。

圖2示出了用于根據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施例的電池單元的一組層。

圖3示出了用于根據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施例的電池單元的陰極的鋰鈷氧化物粒子。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施例的電池單元的制造過程的流程圖。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施例的便攜式電子設(shè)備。

在附圖中，相似的參考編號(hào)是指相同的附圖元件。

具體實(shí)施方式

進(jìn)行如下的描述，以使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)和使用所述實(shí)施例，并且在特定應(yīng)用及其要求的上下文中提供。對(duì)本發(fā)明所公開的實(shí)施例的各種修改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的，并且本文所定義的一般原理可以在不脫離本公開的精神和范圍的前提下應(yīng)用于其他實(shí)施例和應(yīng)用。因此，本發(fā)明不限于所示實(shí)施例，而是使得其最寬范圍與本文所公開的原理和特征一致。