[發(fā)明專利]具有低輸出電壓的電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780074412.1
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN110063004A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發(fā)明（設計）人: 蘇育升;李敏捷;賀慧;方慶;阿茹娜·扎姆;張博增
• 申請（專利權）人: 納米技術儀器公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02J7/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 艾娟;鄭霞

一種電化學電池單元，所述電化學電池單元包括具有一次陽極活性材料的陽極、陰極、和離子傳導電解質，其中所述電池單元具有在10％放電深度(DoD)下測量的選自從0.3伏至0.8伏的范圍的初始輸出電壓Vi，和在不大于90％的DoD下測量的最終輸出電壓Vf，其中電壓變化(Vi?Vf)/Vi不大于±10％，并且基于陰極活性材料重量或體積，Vi與Vf之間的比容量不小于100mAh/g或200mAh/cm³，并且其中所述一次陽極活性材料選自鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錳(Mn)、鐵(Fe)、釩(V)、鈷(Co)、鎳(Ni)、其混合物、其合金、或其組合。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2016年10月19日提交的美國專利申請?zhí)?5/297,877的優(yōu)先權，該專利申請通過引用結合在此。

技術領域

本發(fā)明總體上涉及電化學電池的領域，并且更具體地，涉及一種在不使用電壓調節(jié)器(例如，電壓衰減器或變壓器)的情況下天然地供應具有從0.3伏至0.8伏的輸出電壓的外部電路的電池。

背景技術

“物聯網”和用于健康監(jiān)測和人工智能應用的下一代傳感器技術的出現要求使用持續(xù)數十年而不充電并且具體地使得無線、可佩戴、或植入式裝置變得在不更換電池的情況下無需維護的電池。

使用傳感器作為實例，已經確定超低功率監(jiān)測傳感器需要可以在不使用電壓衰減器的情況下在0.3V與0.8V之間操作的低電壓功率源。較低的操作電壓意指較低的功率消耗速率。使用電壓衰減器(例如，變壓器)將意味著額外的功率損失并且必須被避免。然而，可商購獲得的電池系統(tǒng)全部是電壓失配的，諸如鋰離子電池(3.7V)、鉛酸電池(2V)、鋅-碳/堿性電池(1.5V)、鋅-空氣電池(1.4V)、和鎳-金屬電池(1.2V)，它們需要降壓電路以使操作電壓降至低于0.8伏。此外，這些電池中的大部分在針對終身功能的能量密度方面是較差的。另外，因為在大部分情況下，遠程無線傳感器的大小是微小的，所以電池的體積能量密度對于傳感器裝置是尤其重要的。

因此，急需耐用的一次電池，該一次電池在從0.3伏至0.8伏范圍內的電壓下操作，并且在不使用電壓衰減器電路的情況下向無線、可佩戴、或植入式裝置供應功率。優(yōu)選地，這種電池系統(tǒng)還應當允許響應于各種裝置功率設計需求調整輸出電壓的靈活性。

發(fā)明內容

在此報告了一種電化學電池單元，該電化學電池單元滿足前述要求。該電池單元包括：

(A)陽極，該陽極具有一次陽極活性材料，

(B)陰極，該陰極具有一次陰極活性材料，以及

(C)離子傳導電解質，該離子傳導電解質與該陽極和該陰極離子接觸，

其中該電池單元具有在10％放電深度(DoD)下測量的從0.3伏的下限至0.8伏的上限的初始輸出電壓Vi，和在不大于90％的DoD下測量的最終輸出電壓Vf，其中電壓變化(Vi-Vf)/Vi不大于±10％(優(yōu)選地不大于±5％)，并且基于陰極活性材料重量或體積，Vi與Vf之間的比容量不小于100mAh/g或200mAh/cm³，并且其中該陽極含有作為該一次陽極活性材料的鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錳(Mn)、鐵(Fe)、釩(V)、鈷(Co)、鎳(Ni)、其混合物、其合金、或其組合。優(yōu)選的陽極活性材料是Li、Na、Mg、Al以及其合金或混合物。