CN112701355A - 包含固体吸附剂的锂离子电池单元 - Google Patents

包含固体吸附剂的锂离子电池单元 Download PDF

Info

Publication number
CN112701355A
CN112701355A CN202011130126.2A CN202011130126A CN112701355A CN 112701355 A CN112701355 A CN 112701355A CN 202011130126 A CN202011130126 A CN 202011130126A CN 112701355 A CN112701355 A CN 112701355A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cavity
battery cell
solid adsorbent
pouch
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011130126.2A
Other languages
English (en)
Inventor
李峰
安德鲁·蒂普顿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Publication of CN112701355A publication Critical patent/CN112701355A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/392—Arrangements for facilitating escape of gases with means for neutralising or absorbing electrolyte; with means for preventing leakage of electrolyte through vent holes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/52—Removing gases inside the secondary cell, e.g. by absorption
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/308—Detachable arrangements, e.g. detachable vent plugs or plug systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/35—Gas exhaust passages comprising elongated, tortuous or labyrinth-shaped exhaust passages
    • H01M50/358—External gas exhaust passages located on the battery cover or case
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

本公开提供“包含固体吸附剂的锂离子电池单元”。根据一个或多个实施例，一种产生锂离子电池单元的方法包括：构造电池单元，所述电池单元限定空腔，所述空腔容纳包括阴极、阳极、隔膜和电解质的电极总成；形成所述电池单元以在所述空腔中产生化成气体；以及从所述空腔释放所述化成气体。所述方法还包括在所述释放之后将固体吸附剂放置在所述空腔中与所述电极总成相邻；以及密封其中具有所述固体吸附剂的所述空腔，使得化成后气体被所述空腔中的所述固体吸附剂吸附。

Description

包含固体吸附剂的锂离子电池单元
技术领域
本申请涉及一种锂离子电池单元，并且更具体地涉及一种包含用于去除气体的固体吸附剂的锂离子电池单元。
背景技术
电动车辆(例如，混合动力、插电式混合动力和纯电动车辆)是运输部门满足未来提高的燃料经济性标准的解决方案之一。电动车辆依赖于电池(诸如锂离子(Li-ion)电池)来供应车辆牵引电气负载中的一些或全部。制造商将锂离子电池单元封装在金属罐或金属化塑料(软包电池单元)中。在使用和储存期间，副反应可产生气体，诸如氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、二氧化碳、一氧化碳或它们的组合，这可增加内部电池单元压力并导致电池单元鼓包或膨胀。
无论电池单元处于压缩状态还是非压缩状态，内部压力的增加都可能导致性能劣化。膨胀在非压缩状态的软包电池单元中最常见。在软包或硬壳电池单元(例如，具有金属罐的方形或圆柱形电池单元)的情况下，压力可达到打开一次性压力释放端口或通气口的点。一旦压力释放端口或通风口被激活，外部环境有时就可能会污染电池单元，从而限制未来的使用。减轻软包电池单元中的放气的常规方法是通过打开电池单元并重新密封电池单元而释放在化成期间形成的气体。化成通常被认为是第一次充电或一个或多个充电/放电循环，并且可以包括恒定电压步骤或静止步骤，或两者。
发明内容
根据一个或多个实施例，一种产生锂离子电池单元的方法包括：构造电池单元，所述电池单元限定空腔，所述空腔容纳包括阴极、阳极、隔膜和电解质的电极总成；形成所述电池单元以在所述空腔中产生化成气体；以及从所述空腔释放所述化成气体。所述方法还包括在所述释放之后将固体吸附剂放置在所述空腔中与所述电极总成相邻；以及密封其中具有所述固体吸附剂的所述空腔，使得化成后气体被所述空腔中的所述固体吸附剂吸附。
根据至少一个实施例，所述固体吸附剂可以是分子筛、沸石、金属-有机框架或共价有机框架。在某些实施例中，所述固体吸附剂可以是
Figure BDA0002734875140000021
分子筛。在一个或多个实施例中，所述释放可以包括移除所述电池单元的一部分，使得所述空腔具有开口。在另外的实施例中，所述密封可以包括密封所述开口。在至少一个实施例中，所述释放可以包括移除插塞以打开加注孔，并且所述密封可以包括插入所述插塞以密封所述加注孔。根据一个或多个实施例，所述化成后气体可以是氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、一氧化碳、二氧化碳或它们的混合物。在某些实施例中，所述阴极可包括LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2，所述阳极可包括天然石墨，并且所述电解质可以包括溶解在碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯的混合物中的六氟磷酸锂。在一些实施例中，所述电池单元是由金属化塑料形成的软包电池单元。在其他实施例中，所述电池单元是具有金属罐主体的方形电池单元。
根据一个或多个实施例，一种方法包括：构造电池单元，所述电池单元限定空腔，所述空腔容纳电极总成；形成所述电池单元以在所述空腔中产生化成气体；以及产生通往所述空腔的开口以释放所述化成气体。所述方法还包括在释放所述化成气体之后将固体吸附剂穿过所述开口放置在所述空腔中并且在所述固体吸附剂处于所述空腔中的情况下密封所述开口，使得在使用和储存期间化成后气体被所述空腔中的所述固体吸附剂吸附。
根据至少一个实施例，所述空腔可以由所述电池单元的容纳所述电极总成的第一部分和所述电池单元的与所述电极总成相邻的第二部分限定。在另外的实施例中，所述产生可以包括移除所述第二部分以形成通往所述空腔的所述开口。在至少一个实施例中，所述开口是所述电池单元中的加注孔。在另外的实施例中，所述产生可以包括移除插塞以打开所述加注孔，并且所述密封可以包括插入所述插塞以关闭所述加注孔。在一个或多个实施例中，所述化成后气体可以是氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、一氧化碳、二氧化碳或它们的混合物。在至少一个实施例中，所述固体吸附剂可以是分子筛、沸石、金属-有机框架或共价有机框架。在某些实施例中，所述固体吸附剂可以是
Figure BDA0002734875140000031
分子筛。
根据一个或多个实施例，一种锂离子电池单元包括限定空腔的主体，所述空腔容纳包括阴极、阳极和电解质的电极总成，以及与所述电极总成相邻的固体吸附剂。所述固体吸附剂被选择成吸附化成后气体，使得在储存或使用期间在所述空腔中产生的所述化成后气体被所述空腔中的所述固体吸附剂吸附。在至少一个实施例中，所述化成后气体可以是氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、一氧化碳、二氧化碳或它们的混合物。
附图说明
图1是常规软包电池单元的透视图；
图2A是根据实施例的在释放化成气体之前的软包电池单元的透视图；
图2B是根据图2A的实施例的在释放化成气体时的软包电池单元的透视图；
图2C是根据图2A的实施例的在重新密封之后的软包电池单元的透视图；
图3是根据实施例的方形电池单元的透视图；以及
图4是根据实施例的形成软包电池单元的方法的流程图；以及
图5是示出常规软包电池单元和根据实施例的软包电池单元的循环寿命内的容量保持的曲线图。
具体实施方式
根据需要，本文中公开了本发明的详细实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是可以各种形式和替代形式体现的本发明的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可能会被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为是限制性的，而仅是解释为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。
锂离子电池单元中的内部气体产生可导致压缩电池单元和非压缩电池单元两者的性能劣化。电池单元的打开可以允许诸如水和氧气的污染物进入电池单元，从而导致性能的劣化。
气体可经由多种机制在锂离子电池单元内产生。电池单元在电极与电解质之间的固体电解质界面的形成期间产生化成气体。电池单元在化成之后继续产生气体，在本文中称为化成后气体。化成后气体例如由电解质与电极之间的持续反应、与杂质的反应、过量充电、过量放电和在高温下储存产生。气体产生可以在电池单元的整个寿命期间连续发生，并且可以基于荷电状态而变化。
如图1所示，常规软包电池单元100包括袋或空腔110，所述袋或空腔包括阴极、阳极、隔膜和电解质。在常规软包电池单元100中，释放袋120是袋110的一部分，并且是空腔的用于接纳在袋110中产生的化成气体的区域。通常在化成气体导致膨胀130之后切断释放袋120，并且常规电池单元100围绕电极密封。袋110和释放袋120是气体连通的，使得化成气体可以从袋110流动到释放袋120并导致膨胀130。取决于电极材料、电解质组成、存在的杂质、温度、使用和其他因素，可能产生多种气体。袋110通常在移除释放袋120之后在边缘部分125(被描绘为袋110的在电极总成与释放袋120之间的一部分)处重新密封，这形成密封的边缘部分125，使得在使用和储存期间形成的化成后气体变得被捕集在袋110中并导致袋110压力增加或膨胀。对于锂离子电池单元，产生的常见气体包括但不限于二氧化碳(CO2)、氢气(H2)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)和乙烷(C2H6)。可能存在导致电池单元膨胀或压力增加的其他气体。
根据一个或多个实施例，提供了与常规电池单元相比减轻压力增加风险的具有固体吸附剂的电池单元及其生产方法。固体吸附剂吸附在电池单元的使用和储存期间产生的化成后气体。
参考图2A-C，示出了根据实施例的软包电池单元200。软包电池单元200可以由金属化塑料形成，所述金属化塑料包封在一些实施例中为堆叠形式的电极总成。在其他实施例中，电极总成可以是缠绕式或果冻卷总成。尽管在附图中描绘了堆叠的电极总成，但是可以设想用于电极总成的其他合适的配置。软包电池单元200包括容纳电极总成的袋210(或空腔210)。电极总成包括阴极、阳极、隔膜和电解质。在图2所示的实施例中，阴极是具有式LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2的锂镍锰钴氧化物(即NMC 811)。阳极是天然石墨，并且电解质是溶解在碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯的混合物中的六氟磷酸锂和添加剂。尽管所示实施例包括前述材料，其中软包电池单元产生作为化成后气体的甲烷，但是也可以设想其他材料，使得任何化成后气体均可以被选定的固体吸附剂吸附。例如，锂离子电池阳极可以由碳质材料形成，诸如但不限于石墨(天然的、人工的或表面改性的)、硬碳、软碳或富含Si/Sn的石墨。也可以使用非碳质阳极，诸如但不限于锂钛氧化物、锂和锂合金。锂离子阴极可以包括诸如但不限于锂钴氧化物(LCO)、锂镍钴铝氧化物(NCA)、锂镍锰钴氧化物(NMC)、锂镍锰钴铝氧化物(NCMA)、锂锰氧化物(Mn尖晶石或LMO)、磷酸铁锂(LFP)、磷酸锂铁锰(LFMP)以及它们的混合物的材料。锂离子电池单元通常包括固体、聚合物或最常见的是液体电解质。液体电解质可以包括锂盐和溶剂，并且可以任选地包括添加剂。锂盐可以包括但不限于LiPF6、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiB(C2O4)2、LiBF4或LiClO4以及它们的混合物。合适的有机溶剂可包括例如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸氟亚乙酯(FEC)、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)或它们的混合物。锂离子电池隔膜可以由任何合适的多孔电绝缘材料(例如，聚乙烯、聚丙烯或它们的组合)形成。
再次参考图2A-C的实施例，软包电池单元200包括释放袋220(或空腔)。在某些实施例中，如图2A所示，释放袋220是袋210的与电极总成相邻的一部分，使得袋210和释放袋220是软包电池单元200的单个密封区域的部分。尽管释放袋220被示出为在袋210下方，但是释放袋可以根据软包电池单元的构造需要而定位在邻近袋210的任何合适的位置。释放袋220是软包电池单元的一部分，其限定用于接纳在化成期间在袋210中产生的化成气体的空腔。化成在本文中被定义为在电极与电解质之间形成界面层的过程。化成可以是任何合适的过程，包括但不限于以下示例：使电池单元经历初始循环，即第一次充电或放电循环；多次对电池单元进行充电/放电，具有任选的静止步骤；和/或任选地保持电压。袋210和释放袋220是气体连通的，使得气体(诸如甲烷)可以从袋210流动到释放袋220。如在常规电池单元中那样，取决于电极材料、电解质组成、存在的杂质和其他因素，存在可在化成期间产生的多种气体。
如图2A所示，在化成期间产生的化成气体被捕集在释放袋220的膨胀区域230处。如图2A所示，在软包电池单元200的边缘部分225处沿着线A-A’切断释放袋220，使得释放化成气体。如图2B所示，在重新密封电池单元200之前，在边缘部分225处打开电池单元200。经由在边缘部分225处的开口215将固体吸附剂240添加到袋210中，所述开口被打开以释放化成气体。将固体吸附剂240定位成与袋210中的电极总成相邻，并且随后将电池单元200在固体吸附剂240处于其中的情况下密封。尽管固体吸附剂240被示出为根据所示取向定位在软包电池单元200的底部处，但是固体吸附剂240可以通过开口215放置在袋210的任何区域处。
如图2C所示，吸附剂240位于袋210内，与电极相邻，并且是能够吸附碳氢化合物和/或其他化成后气体的固体。化成后气体可以是氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯或它们的混合物。在某些实施例中，化成后气体可以包括其他气体，包括但不限于二氧化碳、一氧化碳或它们的组合。其他气体也可以产生并且被共同设想为化成后气体。在一些实施例中，吸附剂240被选择成使得其选择性地吸附化成后气体，诸如但不限于甲烷、乙烷和/或氢气。在各种实施例中，固体吸附剂240可以是分子筛、沸石、金属-有机框架或共价有机框架。在一个或多个实施例中，固体吸附剂240可以是分子筛、粉末、珠粒或粘合剂。固体吸收剂可以包含在任何合适的容器中，诸如气体可透过的、液体电解质不可透过的容器。在一些实施例中，容器可以是多孔塑料管或小袋。在某些实施例中，固体吸收剂可以与诸如聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)的粘合剂聚集。在图2C所示的实施例中，吸附剂240是具有
Figure BDA0002734875140000071
孔隙率的分子筛(即，
Figure BDA0002734875140000072
分子筛)。
在通过在释放袋220处打开电池单元来释放化成气体之后，将固体吸附剂240添加到电池单元200的袋210中。在一些实施例中，电池单元的打开可以是指移除袋210的释放袋220部分。打开或移除释放袋220，使得在经由开口215将吸附剂240放置在袋210中之前释放(即，在化成期间)所产生的化成气体。在电池单元正常循环之前，将电池单元200在边缘部分225处密封，其中固体吸附剂240在袋210内在电极总成旁边。在某些实施例中，固体吸附剂240与电解质隔离，使得其不与电解质接触。然而，固体吸附剂240的选择基于被吸附的化成后气体。化成后气体可以是甲烷、乙烷、氢气或它们的混合物。在某些实施例中，化成后气体可以包括其他气体，包括但不限于二氧化碳、一氧化碳、乙烯、丙烯或它们的组合。在储存或使用期间(即，在电池单元已经历化成之后)，在袋210中形成的化成后气体被吸附剂240吸附，如图2C所示，使得减少软包电池单元200中的膨胀。通过减少电池单元200中存在的化成后气体的量，可以延长循环寿命，使得电池单元可以在其寿命内经受更多次循环而不会显著损失容量。
参考图3，示出了根据实施例的方形电池单元300。方形电池单元300包括用于在其中容纳电极总成的主体310，以及端子。主体310可以是任何合适的金属。电池单元300还包括用于释放电池单元中的压力的通气孔320，以及用于密封对应的加注孔的插塞330。插塞330可以是用于可移除地密封加注孔的任何合适的装置，包括但不限于塞子、螺纹螺杆或铆钉。在方形电池单元300最初循环之后，打开插塞330，使得在化成期间产生的化成气体穿过加注孔释放。尽管示出了插塞330，但是插塞可以是能以任何合适的方式从加注孔移除的任何合适的装置，使得例如通过用螺纹塞转动，或以过盈配合的方式拉出并推动插塞或铆钉而打开或密封加注孔。固体吸附剂(未示出)可以经由加注孔(其可以是电解质加注孔)插入主体310中，然后由插塞330重新密封。固体吸附剂可以类似于上面讨论的那些，诸如但不限于分子筛、粉末、珠粒或粘合剂。在实施例中，分子筛是
Figure BDA0002734875140000081
分子筛。主体310中的固体吸附剂可以吸附方形电池单元300在其寿命期间经历循环时所产生的化成后气体，使得可以减少膨胀并且可以延长循环寿命。
参考图4，描述了根据实施例的减少电池的循环寿命、储存和/或使用期间的膨胀的方法400。与上文类似，方法400是参考锂离子电池和甲烷气体来描述的，然而，本领域的普通技术人员将基于本公开理解，可以吸附其他气体(诸如但不限于乙烷和/或氢气)，或者可以根据需要重新布置、修改、添加或移除某些步骤。
步骤410包括构造具有容纳电极总成的空腔的软包电池单元，所述电极总成包括阴极、阳极和电解质。在一些实施例中，空腔(或袋)可以在电极总成附近限定与空腔气体连通的释放袋部分。在步骤420处，电池单元经历化成并在空腔中产生化成气体。在具有释放袋的实施例中，化成气体可以储存在释放袋空间中。步骤430包括从空腔释放化成气体。可以通过在空腔中形成开口来释放化成气体。可以通过打开插塞来释放化成气体，如在图5所示的实施例中那样，或者通过移除具有释放袋的电池单元的一部分来释放化成气体，如在图2A-C中那样。在步骤440处，将固体吸附剂插入电池单元的空腔中。固体吸附剂经由在释放期间形成的开口放置在空腔中。在步骤450处，将空腔在固体吸附剂处于其中的情况下重新密封。在方形电池单元的实施例中，穿过加注孔放置吸附剂，然后例如通过插入插塞来重新密封所述加注孔。在步骤460处，由固体吸附剂收集在电池单元的寿命期间(即，在化成之后在储存和使用期间)在空腔中形成的化成后气体。
实验结果
实例1
构造了两个锂离子软包电池单元。阴极是94重量％的锂镍锰钴氧化物(LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2，NMC 811)、3重量％的炭黑和3重量％的聚偏二氟乙烯粘合剂。阳极是95重量％的天然石墨、2.5重量％的羧甲基纤维素钠粘合剂和2.5重量％的苯乙烯-丁二烯橡胶粘合剂。隔膜是20微米厚的多孔聚烯烃膜。阴极集流器是铝箔。阳极集流器是铜箔。液体电解质包括溶解在碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯中的六氟磷酸锂和添加剂。将包括电极的电池单元的区域放置在相距5mm的两块平行板之间的压缩下。两个电池单元都填充电解质，静置12小时，然后经历由至3.7V的C/10倍率充电组成的化成。在化成之后，打开两个电池单元，释放化成气体。在一个电池单元中，添加1.09g 8×12珠粒网状
Figure BDA0002734875140000091
分子筛。然后重新密封两个电池单元。两个电池单元都按以下方式循环：以1C倍率放电到3.0V(周期性较低倍率放电)，并以1C倍率充电到4.2V，然后保持4.2V的恒定电压，直到电流降低到0.2C倍率。参考图5，示出了常规软包电池单元(如图1所示)和该实例的软包电池单元的循环寿命。在约1200次循环之后，包含
Figure BDA0002734875140000092
分子筛的电池单元的容量保持高于没有分子筛的电池单元，如图5所示。在没有分子筛的情况下，化成后气体导致电池单元膨胀。包括分子筛的电池单元未膨胀；指示化成后气体被
Figure BDA0002734875140000101
分子筛吸附。因此，如该实例所示，具有分子筛的软包电池单元在循环期间吸附化成后气体，并且分子筛不会损害循环寿命。
根据一个或多个实施例，电池单元在其中设置有用于吸附化成后气体的固体吸附剂(诸如分子筛)。将吸附剂添加到已经经历了化成的电池单元中，使得已经通过移除释放袋或通过排气来释放化成气体。吸附剂被配置为在循环寿命期间以及在电池单元的储存和使用期间选择性地吸附化成后气体。在袋中产生的化成后气体被吸附剂吸附，使得可以减少软包电池单元的膨胀。
尽管上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述本发明的所有可能形式。相反，本说明书中所使用的字词为描述性而非限制性的字词，并且应理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。另外，可将各种实现的实施例的特征组合，以形成本发明的另外的实施例。
根据本发明，一种产生锂离子电池单元的方法包括：构造电池单元，所述电池单元限定空腔，所述空腔容纳包括阴极、阳极、隔膜和电解质的电极总成；形成所述电池单元以在所述空腔中产生化成气体；从所述空腔释放所述化成气体；在所述释放之后将固体吸附剂放置在所述空腔中与所述电极总成相邻；以及密封其中具有所述固体吸附剂的所述空腔，使得化成后气体被所述空腔中的所述固体吸附剂吸附。
根据实施例，所述固体吸附剂是分子筛、沸石、金属-有机框架或共价有机框架。
根据实施例，所述固体吸附剂是
Figure BDA0002734875140000102
分子筛。
根据实施例，所述释放包括移除所述电池单元的一部分，使得所述空腔具有开口。
根据实施例，所述密封包括密封所述开口。
根据实施例，所述释放包括移除插塞以打开加注孔，并且所述密封包括插入所述插塞以密封所述加注孔。
根据实施例，所述化成后气体是氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、一氧化碳、二氧化碳或它们的混合物。
根据实施例，所述阴极包括LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2，所述阳极包括天然石墨，并且所述电解质包括溶解在碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯的混合物中的六氟磷酸锂。
根据实施例，所述电池单元是由金属化塑料形成的软包电池单元。
根据实施例，所述电池单元是具有金属罐主体的方形电池单元。
根据本发明，一种方法包括：构造电池单元，所述电池单元限定空腔，所述空腔容纳电极总成；形成所述电池单元以在所述空腔中产生化成气体；产生通往所述空腔的开口以从所述空腔释放所述化成气体；在释放所述化成气体之后将固体吸附剂穿过所述开口放置在所述空腔中；以及在所述固体吸附剂处于所述空腔中的情况下密封所述开口，使得在使用和储存期间化成后气体被所述空腔中的所述固体吸附剂吸附。
根据实施例，所述空腔由所述电池单元的容纳所述电极总成的第一部分和所述电池单元的与所述电极总成相邻的第二部分限定。
根据实施例，所述产生包括移除所述第二部分以形成通往所述空腔的所述开口。
根据实施例，所述开口是所述电池单元中的加注孔。
根据实施例，所述产生包括移除插塞以打开所述加注孔，并且所述密封包括插入所述插塞以关闭所述加注孔。
根据实施例，所述化成后气体是氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、一氧化碳、二氧化碳或它们的混合物。
根据实施例，所述固体吸附剂是分子筛、沸石、金属-有机框架或共价有机框架。
根据实施例，所述固体吸附剂是
Figure BDA0002734875140000121
分子筛。
根据本发明，提供了一种锂离子电池单元，所述锂离子电池单元具有：限定空腔的主体，所述空腔容纳包括阴极、阳极和电解质的电极总成，以及与所述电极总成相邻的固体吸附剂，所述固体吸附剂被选择成吸附化成后气体，其中在储存或使用期间在所述空腔中产生的所述化成后气体被所述空腔中的所述固体吸附剂吸附。
根据实施例，所述化成后气体是氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、一氧化碳、二氧化碳或它们的混合物。

Claims (15)

1.一种产生锂离子电池单元的方法，其包括：
构造电池单元，所述电池单元限定空腔，所述空腔容纳包括阴极、阳极、隔膜和电解质的电极总成；
形成所述电池单元以在所述空腔中产生化成气体；
从所述空腔释放所述化成气体；
在所述释放之后将固体吸附剂放置在所述空腔中与所述电极总成相邻；以及
密封其中具有所述固体吸附剂的所述空腔，使得化成后气体被所述空腔中的所述固体吸附剂吸附。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述释放包括移除所述电池单元的一部分，使得所述空腔具有开口。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述密封包括密封所述开口。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述释放包括移除插塞以打开加注孔，并且所述密封包括插入所述插塞以密封所述加注孔。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述阴极包括LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2，所述阳极包括天然石墨，并且所述电解质包括溶解在碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯的混合物中的六氟磷酸锂。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述电池单元是由金属化塑料形成的软包电池单元。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述电池单元是具有金属罐主体的方形电池单元。
8.一种方法，其包括：
构造电池单元，所述电池单元限定容纳电极总成的空腔；
形成所述电池单元以在所述空腔中产生化成气体；
产生通往所述空腔的开口以从所述空腔释放所述化成气体；
在释放所述化成气体之后，将固体吸附剂穿过所述开口放置在所述空腔中；以及
在所述固体吸附剂处于所述空腔中的情况下密封所述开口，使得在使用和储存期间化成后气体被所述空腔中的所述固体吸附剂吸附。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述空腔由所述电池单元的容纳所述电极总成的第一部分和所述电池单元的与所述电极总成相邻的第二部分限定。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述产生包括移除所述第二部分以形成通往所述空腔的所述开口。
11.如权利要求8所述的方法，其中所述开口是所述电池单元中的加注孔。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述产生包括移除插塞以打开所述加注孔，并且所述密封包括插入所述插塞以关闭所述加注孔。
13.如权利要求1或8所述的方法，其中所述化成后气体是氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、一氧化碳、二氧化碳或它们的混合物。
14.如权利要求1或8所述的方法，其中所述固体吸附剂是分子筛、沸石、金属-有机框架或共价有机框架。
15.如权利要求1或8所述的方法，其中所述固体吸附剂是
Figure FDA0002734875130000031
分子筛。
CN202011130126.2A 2019-10-23 2020-10-21 包含固体吸附剂的锂离子电池单元 Pending CN112701355A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/661,455 US11411260B2 (en) 2019-10-23 2019-10-23 Lithium-ion cell containing solid adsorbent and method of producing the same
US16/661,455 2019-10-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112701355A true CN112701355A (zh) 2021-04-23

Family

ID=75379273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011130126.2A Pending CN112701355A (zh) 2019-10-23 2020-10-21 包含固体吸附剂的锂离子电池单元

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11411260B2 (zh)
CN (1) CN112701355A (zh)
DE (1) DE102020127765A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022246841A1 (zh) * 2021-05-28 2022-12-01 宁德时代新能源科技股份有限公司 气体吸附装置、端盖组件、电池单体、电池及用电设备

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12057554B2 (en) 2020-07-24 2024-08-06 Roshdy G. Barsoum Battery with ceramic particles
CN115000522A (zh) * 2022-04-28 2022-09-02 岳阳耀宁新能源科技有限公司 一种减少软包产气的化成方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07262999A (ja) 1994-03-25 1995-10-13 Toppan Printing Co Ltd リチウム電池
DE69805994T2 (de) * 1997-03-19 2003-03-20 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha, Osaka Nichtwässrige dünne batterie
JPH11260416A (ja) 1998-03-11 1999-09-24 Ngk Insulators Ltd リチウム二次電池
JP4529207B2 (ja) * 1999-11-30 2010-08-25 ソニー株式会社 非水電解質電池
US7041412B2 (en) * 2001-07-23 2006-05-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP5523102B2 (ja) 2006-11-08 2014-06-18 キュレーターズ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミズーリ 高表面積炭素及びその製造方法
JP5759386B2 (ja) 2009-12-17 2015-08-05 インテグリス・インコーポレーテッド 電解液中のフッ化水素を除去する精製器
US9812686B2 (en) * 2010-06-30 2017-11-07 Gs Yuasa International Ltd. Manufacturing method of secondary battery, secondary battery, and assembled battery
CN102934278B (zh) * 2010-09-02 2015-10-14 株式会社杰士汤浅国际 电池及电池系统
KR101304870B1 (ko) * 2010-12-02 2013-09-06 주식회사 엘지화학 전지셀의 제조방법 및 이를 이용하여 생산되는 전지셀
KR101741030B1 (ko) * 2012-03-08 2017-05-29 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
US9812745B2 (en) * 2012-12-28 2017-11-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage device
JP5725381B2 (ja) * 2013-01-23 2015-05-27 トヨタ自動車株式会社 非水電解液二次電池及びその製造方法
US20150125721A1 (en) 2013-11-01 2015-05-07 Lg Chem, Ltd. Lithium secondary battery without the need of gas removal process
KR20160130974A (ko) 2014-03-12 2016-11-15 쿠리타 고교 가부시키가이샤 리튬 이온 전지 및 이것을 사용한 전자 기기
KR102349703B1 (ko) * 2014-12-22 2022-01-12 에스케이온 주식회사 리튬 이차 전지
KR102338281B1 (ko) 2015-09-18 2021-12-10 한국화학연구원 수분 흡착제로 유무기 하이브리드 나노세공체를 포함하는 이차전지
WO2019097739A1 (ja) 2017-11-15 2019-05-23 栗田工業株式会社 リチウムイオン電池用ガス吸収材

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022246841A1 (zh) * 2021-05-28 2022-12-01 宁德时代新能源科技股份有限公司 气体吸附装置、端盖组件、电池单体、电池及用电设备

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020127765A1 (de) 2021-04-29
US20210126298A1 (en) 2021-04-29
US11411260B2 (en) 2022-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2156508B1 (en) Rechargeable lithium batteries comprising means for the sorption of harmful substances
CN112701355A (zh) 包含固体吸附剂的锂离子电池单元
CN101405898B (zh) 非水电解质二次电池
JP2019016483A (ja) 非水電解質二次電池
CN105359308A (zh) 非水电解质二次电池
CN115701779B (zh) 锰酸锂正极活性材料及包含其的正极极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置
JP2010282874A (ja) リチウム二次電池の製造方法
US20190181495A1 (en) Lithium ion secondary battery and method for producing the same
JP5282966B2 (ja) リチウムイオン二次電池
CN113889678A (zh) 非水电解液二次电池和电池模块
CN111095659A (zh) 二次电池及其制造方法
JPH10116604A (ja) 非水電解液二次電池用負極、及びそれを使用した非水電解液二次電池
JP4371721B2 (ja) 非水電解液二次電池の製造方法
JP7080043B2 (ja) リチウムイオン二次電池
US5935731A (en) Cylindrical battery
JP7147157B2 (ja) 蓄電素子
JP6903683B2 (ja) 非水電解質電池及び電池パック
CN116724440A (zh) 非水电解质二次电池的充电方法及充放电方法、以及非水电解质二次电池的充电系统
JP2003017144A (ja) 非水電解質電池
CN116830336A (zh) 二次电池、电池模块、电池包以及用电装置
JP2006331933A (ja) リチウム二次電池及びその製造方法
KR20170089477A (ko) 리튬 이차전지 관리 방법 및 장치
JP4559763B2 (ja) 非水電解液二次電池の製造方法
US9509024B2 (en) Battery gassing mitigation through catalyzed precipitation
US20230369590A1 (en) Secondary battery, battery module, battery pack, and electric apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination