[發(fā)明專利]一種給鋰?硫電池單元充電的方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201480018510.X | 申請日： | 2014-03-21 |
| 公開（公告）號： | CN105264694B | 公開（公告）日： | 2018-02-06 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 盧卡斯·卡巴西克;大衛(wèi)·安斯沃思 | 申請（專利權(quán)）人： | 奧克斯能源有限公司 |
| 主分類號： | H01M4/38 | 分類號： | H01M4/38;H01M10/052;H01M10/44;H02J7/00;H01M4/136;H01M4/58;H01M10/42 |
| 代理公司： | 北京派特恩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11270 | 代理人： | 徐川,武晨燕 |
| 地址： | 英國*** | 國省代碼： | 暫無信息 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 電池 單元 充電 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種給鋰-硫電池充電的方法。本發(fā)明還涉及一種用于給鋰-硫電池充電的電池管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)
鋰-硫電池單元通常包括由鋰金屬或者鋰金屬合金形成的陽極(負(fù)電極)以及由元素硫或者其它電活性硫材料形成的陰極(正電極)。硫或者其它電活性含硫材料可以與諸如碳之類的導(dǎo)電材料混合以提高硫或者其它電活性含硫材料的導(dǎo)電性。通常，將碳和硫研磨并且然后與溶劑和粘合劑混合以形成漿液。將該漿液涂抹到集電器(current collector)并使其干燥以除去溶劑。將得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓延以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)被切割成期望的形狀以形成陰極。在陰極上放置隔膜，并且在該隔膜上放置鋰陽極。然后將電解質(zhì)導(dǎo)入到組裝的電池單元中以浸濕陰極和隔膜。
鋰-硫電池單元是二次電池單元，并且可以通過將外部電流施加到電池單元來再次充電。通常，將電池單元充電至固定的截止電壓，例如2.45-2.8V。然而，隨著長時間的重復(fù)循環(huán)，電池單元的容量會衰減。因此，通過反復(fù)地將電池單元充電至選定的截止電壓，最終電池單元會被反復(fù)地過充電。由于不期望的化學(xué)反應(yīng)可能導(dǎo)致對例如電池單元的電極和/或電解質(zhì)的損害，因此反復(fù)地過充電會對電池單元的壽命具有不利的影響。
在WO 2007/111988中描述了用于終止鋰-硫電池單元的充電的方法。具體地，該參考文獻(xiàn)描述了將諸如硝酸鋰之類的N-O添加劑添加到電池單元的電解質(zhì)中。根據(jù)該參考文獻(xiàn)第16頁第29到31行處的段落，添加劑有效地在完全充電時提供電壓的急劇上升的充電曲線。因此，如果在充電期間對電池單元電壓進(jìn)行監(jiān)測，則一旦觀察到電壓的快速上升就可以停止充電。
WO 2007/111988的方法依賴于當(dāng)電池單元達(dá)到滿容量時電池單元的電壓急劇上升。然而，不是所有的鋰-硫電池單元都呈現(xiàn)出這樣的充電曲線分布。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種給鋰-硫電化電池單元充電的方法，所述方法包括：
確定在充放電周期n期間電池單元的放電容量Qn，
計算a·Qn的值，其中a＝1.1到1.3，以及
在后續(xù)的充放電周期n+x中，將電池單元充電至容量Qn+x，其中Qn+x等于a·Qn，x為1到5的整數(shù)。
優(yōu)選地，x等于1、2或3，更優(yōu)選地，x等于1或2，最優(yōu)選地，x等于1。因此，在一優(yōu)選實(shí)施例中，電池單元被充電至根據(jù)前一周期的放電容量來確定的容量。
優(yōu)選地，a是選自1.1到1.2的值。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，x等于1或2，優(yōu)選等于1，并且a為1.1到1.2。
在本發(fā)明的方法中，根據(jù)較早的(優(yōu)選地前一)周期的放電容量來確定電池單元的充電容量。由于對電池單元的放電容量進(jìn)行監(jiān)測，因此電池單元可以被充電至取決于電池單元所經(jīng)歷的充放電周期的數(shù)量的水平。這樣，可以以這種方式給電池單元充電以避免或者降低由于容量衰減而造成的過充電的風(fēng)險。通過降低過充電的風(fēng)險，容量衰減的風(fēng)險也可以被降低。有利地，這可以提高整個電池單元的壽命。這與給鋰硫電池單元充電的傳統(tǒng)方法形成了鮮明對比，在傳統(tǒng)方法中，不管電池單元已經(jīng)經(jīng)歷了何種程度的容量衰減，電池都被充電至預(yù)定的電壓或者容量。
在一個實(shí)施例中，從電池單元的第一放電周期起應(yīng)用本發(fā)明的方法。換句話說，放電容量Qn為電池單元的壽命中首次放電容量(Qbol)。在一替代實(shí)施例中，在電池單元已經(jīng)被充電了不止一次之后應(yīng)用本發(fā)明的方法。在一個實(shí)施例中，可以在觀察到容量衰減的跡象之后，例如，在電池單元的5個或更多個周期之后應(yīng)用本方法。在一個實(shí)施例中，在電池單元的10個或更多個周期之后應(yīng)用本發(fā)明的方法。在實(shí)施本發(fā)明的方法之前，可以使用不同的方法來給電池單元充電，例如，使用恒定電流將電池單元充電至固定的、預(yù)定的電壓。
在一個實(shí)施例中，所述方法還包括下述步驟：確定電池單元的閾值放電容量Qt。該閾值放電容量可以是電池單元的生命期中早期的周期期間電池單元的放電容量，例如，在觀察到容量衰減的任何明顯的跡象之前。這可以是第五周期或者更早的周期，例如第四、第三、第二或者第一周期時的放電容量。在一個實(shí)施例中，這可以是電池單元組裝之后電池單元的第一個放電周期期間電池單元的容量(即，壽命中的首次放電容量Qbol，或者在第一周期的放電容量)。在一優(yōu)選實(shí)施例中，閾值放電容量是電池單元在第一周期或者第二周期的放電容量。
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