CN109411830A - 一种锂离子电池装置 - Google Patents

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陈忠伟
熊俊威
毛治宇
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池装置，包括锂离子电池、控制单元和碳酸盐溶液添加附件，所述离子电池包括正极、负极、间隔于正极和负极之间的隔离膜，以及电解液，所述锂离子电池的电解液容器的容积至少大于所述溶剂的体积的百分之五，并且所述碳酸盐溶液添加附件具备碳酸盐溶液存储单元和连接所述电解液容器的管路；所述控制单元控制连接所述正极和/或所述负极，以在检测到所述锂离子电池在充电时，控制位于所述管路上的阀门，以向所述电解液容器可控地添加碳酸盐溶液。本发明显著降低锂离子在正极活性层的脱嵌速度，并提升电池的工作电压。

Description

一种锂离子电池装置
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种锂离子电池装置。
背景技术
随着便携式电子设备市场的持续成功，锂离子电池由于其优异的能量密度而在电动和混合动力车辆，手术工具以及石油和天然气钻探等中的应用越来越受关注。并且循环寿命长。然而，目前的锂离子电池采用基于有机溶剂的常规液体电解质，这引起安全问题，特别是在高温下。具体地，使用碳酸亚乙酯(EC)，碳酸二甲酯(DMC)或碳酸二乙酯(DEC)等碳酸酯溶剂由于其挥发性和高度易燃性而将电池操作限制在低于60℃。此外，当这些溶剂与诸如六氟磷酸锂(LiPF6)的Li盐一起使用时，在电极表面上形成电阻膜，从而提供差的循环寿命。随着溶解的锂盐和电解质溶剂之间的化学反应速率增加，这些副反应在较高温度下变得更加主导。
背景技术的前述论述仅意图便于理解本发明。此论述并不认可或承认提及的材料中的任一种在本申请的优先权日是或曾经是公共常识的一部分。
发明内容
以下是提供对本发明的初步理解的简化概述。该概述不一定标识关键元素也不一定限制本发明的范围，而仅仅用作以下描述的介绍。
本发明提供了一种锂离子电池装置，包括锂离子电池、控制单元和碳酸盐溶液添加附件，所述离子电池包括正极、负极、间隔于正极和负极之间的隔离膜，以及电解液，所述正极的正极活性材料为三元材料掺杂锰酸锂；所述负极的负极活性材料为石墨；所述电解液包括锂盐、溶剂和添加剂；
其特征在于，所述锂离子电池的电解液容器的容积至少大于所述溶剂的体积的百分之五，并且所述碳酸盐溶液添加附件具备碳酸盐溶液存储单元和连接所述电解液容器的管路；
所述控制单元控制连接所述正极和/或所述负极，以在检测到所述锂离子电池在充电时，控制位于所述管路上的阀门，以向所述电解液容器可控地添加碳酸盐溶液。
且其通过添加所述碳酸盐溶液以在所述锂离子电池充电期间在所述正极活性材料的表面形成包括至少一些阳离子的移动层，并且在锂离子电池放电期间，将至少部分所述移动层溶解到含有所述碳酸盐的电解质中。
其中所述电解液容器为密闭并具备一泄压阀以排出二氧化碳。
其中所述碳酸盐为碳酸锂、碳酸钾或碳酸钠的一种或组合。
其中所述控制单元被构造成控制所述碳酸盐溶液添加的速率以使得在一定充电时间内向所述电解液容器所添加的碳酸盐溶液不超过一固定阈值。
本发明通过向锂离子电池的电解液中添加碳酸盐溶剂添加剂，促使锂离子电池阳极形成表面层。这样可以显著降低锂离子在正极活性层的脱嵌速度，并提升电池的工作电压。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
实施例一：
本发明提供了一种锂离子电池装置，包括锂离子电池、控制单元和碳酸盐溶液添加附件，所述离子电池包括正极、负极、间隔于正极和负极之间的隔离膜，以及电解液，所述正极的正极活性材料为三元材料掺杂锰酸锂；所述负极的负极活性材料为石墨；所述电解液包括锂盐、溶剂和添加剂；其特征在于，所述锂离子电池的电解液容器的容积至少大于所述溶剂的体积的百分之五，并且所述碳酸盐溶液添加附件具备碳酸盐溶液存储单元和连接所述电解液容器的管路；
所述控制单元控制连接所述正极和/或所述负极，以在检测到所述锂离子电池在充电时，控制位于所述管路上的阀门，以向所述电解液容器可控地添加碳酸盐溶液。
且其通过添加所述碳酸盐溶液以在所述锂离子电池充电期间在所述正极活性材料的表面形成包括至少一些阳离子的移动层，并且在锂离子电池放电期间，将至少部分所述移动层溶解到含有所述碳酸盐的电解质中。
其中所述电解液容器为密闭并具备一泄压阀以排出二氧化碳。
其中所述碳酸盐为碳酸锂、碳酸钾或碳酸钠的一种或组合。
其中所述控制单元被构造成控制所述碳酸盐溶液添加的速率以使得在一定充电时间内向所述电解液容器所添加的碳酸盐溶液不超过一固定阈值，该阈值可以通过实验结合碳酸盐溶液的浓度进行调节。
实施例二：
本实施例给出一种锂离子电池的使用方法，所述锂离子电池包括正极、负极、间隔于正极和负极之间的隔离膜，以及电解液，所述正极的正极活性材料为三元材料掺杂锰酸锂；所述负极的负极活性材料为石墨；所述电解液包括锂盐、溶剂和添加剂。在使用所述锂离子电池的过程中向所述电解液添加不超过其体积百分之五的碳酸锂溶液。
实施例三：
本实施例提供了一种锂离子电池装置，包括锂离子电池、控制单元和碳酸盐溶液添加附件，所述离子电池包括正极、负极、间隔于正极和负极之间的隔离膜，以及电解液，所述正极的正极活性材料为三元材料掺杂锰酸锂；所述负极的负极活性材料为石墨；所述电解液包括锂盐、溶剂和添加剂；所述锂离子电池的电解液容器的容积至少大于所述溶剂的体积的百分之五，并且所述碳酸盐溶液添加附件具备碳酸盐溶液存储单元和连接所述电解液容器的管路；
所述控制单元控制连接所述正极和/或所述负极，以在检测到所述锂离子电池在充电时，控制位于所述管路上的阀门，以向所述电解液容器可控地添加碳酸盐溶液。
且其通过添加所述碳酸盐溶液以在所述锂离子电池充电期间在所述正极活性材料的表面形成包括至少一些阳离子的移动层，并且在锂离子电池放电期间，将至少部分所述移动层溶解到含有所述碳酸盐的电解质中。
其中所述电解液容器为密闭并具备一泄压阀以排出二氧化碳。这样经过碳酸盐在作用后产生的二氧化碳可以及时排出。其中所述碳酸盐为碳酸锂。其中所述控制单元被构造成控制所述碳酸盐溶液添加的速率以使得在充电一个小时内向所述电解液容器所添加的碳酸盐溶液不超过所述电解液容器体积的百分之1。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统或设备等均是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种阶段。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合。可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术的发展许多元素仅是示例而不限制本公开或权利要求的范围。
在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路、过程、算法、结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
此外，尽管每个操作可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或同时执行。另外，可以重新排列操作的顺序。一个过程可能有其他步骤。此外，可以通过硬件、软件、固件、中间件、代码、硬件描述语言或其任何组合来实现方法的示例。当在软件、固件、中间件或代码中实现时，用于执行必要任务的程序代码或代码段可以存储在诸如存储介质的非暂时性计算机可读介质中，并通过处理器执行所描述的任务。
综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，所述权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种锂离子电池装置，包括锂离子电池、控制单元和碳酸盐溶液添加附件，所述离子电池包括正极、负极、间隔于正极和负极之间的隔离膜，以及电解液，所述正极的正极活性材料为三元材料掺杂锰酸锂；所述负极的负极活性材料为石墨；所述电解液包括锂盐、溶剂和添加剂；
其特征在于，所述锂离子电池的电解液容器的容积至少大于所述溶剂的体积的百分之五，并且所述碳酸盐溶液添加附件具备碳酸盐溶液存储单元和连接所述电解液容器的管路；
所述控制单元控制连接所述正极和/或所述负极，以在检测到所述锂离子电池在充电时，控制位于所述管路上的阀门，以向所述电解液容器可控地添加碳酸盐溶液。
2.根据权利要求1所述的装置，其通过添加所述碳酸盐溶液以在所述锂离子电池充电期间在所述正极活性材料的表面形成包括至少一些阳离子的移动层，并且在锂离子电池放电期间，将至少部分所述移动层溶解到含有所述碳酸盐的电解质中。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述电解液容器为密闭并具备一泄压阀以排出二氧化碳。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述碳酸盐为碳酸锂、碳酸钾或碳酸钠的一种或组合。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述控制单元被构造成控制所述碳酸盐溶液添加的速率以使得在一定充电时间内向所述电解液容器所添加的碳酸盐溶液不超过一固定阈值。
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