ES3037818T3 - Battery pack - Google Patents

Battery pack

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ES3037818T3
ES3037818T3 ES21921633T ES21921633T ES3037818T3 ES 3037818 T3 ES3037818 T3 ES 3037818T3 ES 21921633 T ES21921633 T ES 21921633T ES 21921633 T ES21921633 T ES 21921633T ES 3037818 T3 ES3037818 T3 ES 3037818T3
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Quanguo Li
Qian Liu
Yonghuang Ye
Fajun Huang
Haizu Jin
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Contemporary Amperex Technology Hong Kong Ltd
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Abstract

En la presente solicitud se proporcionan un paquete de baterías y un aparato eléctrico. El paquete de baterías comprende una cavidad y varias celdas de batería, que se almacenan en ella. El espacio interior de la cavidad se divide en una primera área con una tasa de cambio de temperatura de K1 y una segunda área con una tasa de cambio de temperatura de K2, donde 0,066 <= K1 <= 0,131, 0,034 <= K2 < 0,066, y la unidad de K1 y K2 es °C/minuto. La pluralidad de celdas de batería comprende: al menos una primera celda, ubicada en la primera zona, y al menos una segunda celda, ubicada en la segunda zona. Cuando las energías de descarga completa de la primera y la segunda celda a 25 °C son, respectivamente, E1 y E2, y las energías de descarga completa de la primera y la segunda celda a -20 °C son, respectivamente, E1' y E2', 1 < E1/E2 <= 1,5 y 0,95 <= E1'/E2' <= 1,67, y la unidad de E1, E2, E1' y E2' es Wh. Mediante el paquete de baterías de la presente solicitud, se puede evitar el efecto de placa corta a baja temperatura, mejorando así la tasa de retención de energía a baja temperatura. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Paquete de baterías
Campo técnico
La presente solicitud se refiere al campo técnico de las baterías de litio y, en particular, a un paquete de baterías con alta tasa de retención de energía a baja temperatura y a un dispositivo consumidor de energía que comprende el paquete de baterías.
Antecedentes
En los últimos años, con el desarrollo continuo de la tecnología de baterías de iones de litio, las baterías de iones de litio son ampliamente utilizadas en sistemas de alimentación de almacenamiento de energía como centrales hidroeléctricas, térmicas, eólicas y solares, así como herramientas eléctricas, bicicletas eléctricas, motocicletas eléctricas, vehículos eléctricos, equipos militares, aeroespaciales y otros campos.
En la actualidad, las baterías de almacenamiento de energía en los vehículos eléctricos son principalmente paquetes de baterías compuestas por baterías secundarias de iones de litio. Las baterías secundarias de iones de litio utilizadas en el paquete de baterías incluyen principalmente baterías de fosfato de hierro y litio, baterías de manganato y litio, baterías de óxido de cobalto y litio y baterías ternarias que contienen elementos de níquel, cobalto y manganeso.
El documento CN 205 901 410 U divulga un paquete de baterías que comprende celdas de batería. Se refiere a la tasa de retención de energía a bajas temperaturas y muestra un paquete de baterías, que comprende una cavidad del paquete de baterías y una pluralidad de celdas de batería recibidas en la cavidad del paquete de baterías, en donde un espacio interior de la cavidad del paquete de baterías se divide en una primera región y una segunda región; la pluralidad de celdas de batería comprende: al menos una primera celda de batería dispuesta en la primera región; y al menos una segunda celda de batería dispuesta en la segunda región.
Sin embargo, la tasa de retención de energía del paquete de baterías compuesta por baterías secundarias de iones de litio, que se utiliza como batería de almacenamiento de energía para un vehículo eléctrico, se reduce considerablemente durante el uso invernal, lo que resulta en una grave reducción del kilometraje de resistencia del vehículo eléctrico. Esto se ha convertido en un problema común en la industria. Cómo mejorar el kilometraje de resistencia de los vehículos eléctricos en invierno se ha convertido en una cuestión clave que necesita ser resuelta urgentemente en el actual período de tiempo. Por lo tanto, aún debe mejorarse la tasa de retención de energía a baja temperatura de los paquetes de baterías existentes compuestos de baterías secundarias de iones de litio.
Sumario de la invención
La presente solicitud se realiza en vista de los problemas técnicos mencionados anteriormente, y el objetivo de la misma es proporcionar un paquete de baterías compuesto de baterías secundarias de iones de litio con una excelente retención de energía a baja temperatura y una resistencia mejorada a baja temperatura, y un dispositivo consumidor de energía que comprende el paquete de baterías.
Con el fin de lograr el objetivo mencionado anteriormente, un primer aspecto de la presente solicitud proporciona un paquete de baterías que comprende una cavidad del paquete de baterías y una pluralidad de celdas de batería recibidas en la cavidad del paquete de baterías, donde un espacio interior de la cavidad del paquete de baterías se puede dividir en una primera región con una tasa de cambio de temperatura de K1 y una segunda región con una tasa de cambio de temperatura de K2, donde 0,066<K1 <0,131 y 0,034<K2<0,066, K1 y K2 expresados en °C/min; la pluralidad de celdas de batería comprende: al menos una primera celda de batería dispuesta en la primera región; y al menos una segunda celda de batería dispuesta en la segunda región; y las energías de descarga completa de la primera celda de batería y la segunda celda de batería cuando están a 25 °C son E<1>y E<2>, respectivamente, y las energías de descarga completa de la primera celda de batería y la segunda celda de batería cuando están a -20 °C son E<1>' y E<2>', respectivamente, expresándose E<1>, E<2>, E<1>' y E<2>' en Wh, caracterizado 0,97<E1'/E2'<1,41.
De este modo, en la presente solicitud, de acuerdo con las diferentes tasas de cambio de temperatura, el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías se divide en una primera región con una gran tasa de cambio de temperatura (por ejemplo, la región más exterior en el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías) y una segunda región con una pequeña tasa de cambio de temperatura (por ejemplo, una región en el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías que está ubicada en el lado interior con respecto a la región más exterior), de modo que el rendimiento a baja temperatura de la primera celda de batería dispuesta en la primera región es superior al rendimiento a baja temperatura de la segunda celda de batería dispuesta en la segunda región, es decir, se satisface la relación de 1,05<E1/E2<1,45 y 0,97<E1'/E2'<1,41. De esta manera, la energía ejercida a baja temperatura por las celdas de batería en las regiones con diferentes tasas de cambio de temperatura del paquete de baterías se puede
hacer sustancialmente idéntica, se puede evitar el efecto de barrica del paquete de baterías a baja temperatura y se mejora la tasa de retención de energía global del paquete de baterías a baja temperatura.
De este modo, la energía ejercida por la primera celda de batería a baja temperatura se puede acercar a la energía ejercida por la segunda celda de batería, y la tasa de retención de energía global del paquete de baterías a baja temperatura se mejora adicionalmente.
En cualquier realización, E<1>VE<1>es de un 70 % a un 95 % y E<2>VE<2>es de un 65 % a un 97 %.
De este modo, cada una de la primera celda de batería y la segunda celda de batería tiene una alta tasa de retención de energía a baja temperatura, y el paquete de baterías puede mantener fácilmente una alta tasa de retención de energía a baja temperatura en su conjunto.
En una realización preferida, E<1>VE<1>es de un 74 % a un 90 % y E<2>'/E<2>es de un 70 % a un 85 %.
De este modo, cada una de la primera celda de batería y la segunda celda de batería tiene una mayor tasa de retención de energía a baja temperatura, y el paquete de baterías puede mantener fácilmente una mayor tasa de retención de energía a baja temperatura en su conjunto.
En cualquier realización, el número de las primeras celdas de batería en la primera región representa un 10 % o más del número total de celdas de batería en la primera región, opcionalmente un 30 % o más, además opcionalmente un 50 % o más, y más opcionalmente un 80 % o más.
Al permitir que el número de las primeras celdas de batería con un rendimiento superior a baja temperatura en la primera región represente un 10 % o más del número total de celdas de batería en la primera región, se puede obtener el efecto de mejorar la tasa global de retención de energía del paquete de baterías a baja temperatura. Cuanto mayor sea la proporción por número de primeras celdas de batería en la primera región, mejor será el efecto anterior, pero mayor será el coste. Dentro del intervalo en el que se puede lograr el objetivo de la presente invención, permitiendo que la relación entre el número de primeras celdas de batería en la primera región y el número total de celdas de batería en la primera región esté en un intervalo apropiado, el rendimiento a baja temperatura y el coste del paquete de baterías se pueden equilibrar.
En cualquier realización, el número de las segundas celdas de batería en la segunda región representa un 50 % o más del número total de celdas de batería en la segunda región, además opcionalmente un 80 % o más.
Al permitir que el número de las segundas celdas de batería con un rendimiento normal a baja temperatura en la segunda región represente un 50 % o más del número total de celdas de batería en la segunda región, se pueden obtener los efectos de mejorar la consistencia de las baterías en la segunda región, evitando la reducción de la densidad de energía disponible del paquete de baterías a temperatura normal y reduciendo el coste de control del sistema de gestión de alimentación.
En cualquier realización, la primera región está ubicada en el lado más exterior en el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías, y la segunda región está ubicada en el lado interior de la cavidad del paquete de baterías con respecto a la primera región.
Generalmente, sin calentamiento auxiliar del espacio interior de la cavidad del paquete de baterías utilizando un componente de calentamiento tal como una placa de calentamiento, una región ubicada en el lado más exterior en el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías es relativamente grande en tasa de cambio de temperatura y relativamente baja en temperatura, a saber, equivalente a la primera región, y una región ubicada en el lado interior en la cavidad del paquete de baterías con respecto a la primera región es relativamente pequeña en tasa de cambio de temperatura y relativamente alta en temperatura, es decir, equivalente a la segunda región.
Encualquier realización, la relación del volumen de la primera región con respecto al volumen del espacio interior de la cavidad del paquete de baterías es de un 50 % o menos, opcionalmente de un 40 % o menos, y además opcionalmente de un 30 % o menos.
Tal como se ha descrito anteriormente, la primera celda de batería dispuesta en la primera región tiene un mejor rendimiento a baja temperatura, pero un mayor coste y, por lo tanto, al permitir que la relación entre el volumen de la primera región y el volumen del espacio interior de la cavidad del paquete de baterías esté dentro de un intervalo apropiado, se puede suprimir un aumento significativo del coste debido al uso de la primera celda de batería.
Encualquier realización, la primera celda de batería y la segunda celda de batería son celdas de batería del mismo sistema químico con el mismo material de electrodo positivo, material de electrodo negativo y electrolito.
De este modo, la primera celda de batería y la segunda celda de batería se pueden fabricar ajustando la composición de al menos uno del material de electrodo positivo, el material de electrodo negativo y el electrolito y, por lo tanto, la primera celda de batería y la segunda celda de batería que tienen diferentes rendimientos a baja temperatura se pueden fabricar fácilmente.
Encualquier realización, la primera celda de batería y la segunda celda de batería son baterías ternarias, baterías de manganato y litio, baterías de fosfato de hierro y litio, baterías de iones de sodio o baterías de metal y litio.
De este modo, dentro del intervalo en el que se satisface la relación mencionada anteriormente de E<1>/E<2>y E<1>VE<2>', se pueden utilizar baterías de iones de litio existentes como la primera celda de batería y las segundas celdas de batería de modo que la primera celda de batería y la segunda celda de batería tengan un alto grado de libertad de selección.
Encualquier realización, la primera celda de batería y la segunda celda de batería son celdas de baterías de diferentes sistemas químicos en las que al menos uno de un material de electrodo positivo, un material de electrodo negativo y un electrolito es diferente.
Diferentes sistemas químicos significan que al menos uno de un material de electrodo positivo, un material de electrodo negativo y un electrolito es diferente. Mediante el uso de celdas de batería de diferentes sistemas químicos para la primera celda de batería y la segunda celda de batería, se puede fabricar un paquete de baterías combinando celdas de batería existentes de diferentes sistemas químicos, y el grado de libertad en la fabricación del paquete de baterías es alto.
Encualquier realización, el material activo de electrodo positivo de la primera celda de batería es diferente del material activo de electrodo positivo de la segunda celda de batería, y la capacidad en gramos del material activo de electrodo positivo de la primera celda de batería es de 1,2 a 1,5 veces la capacidad en gramos del material activo de electrodo positivo de la segunda celda de batería.
De este modo, la capacidad de la primera celda de batería puede aumentarse sin aumentar significativamente el volumen de la primera celda de batería, y se puede facilitar el montaje del paquete de baterías.
Encualquier realización, la primera celda de batería es una batería ternaria, y la segunda celda de batería es una batería de manganato y litio o una batería de fosfato de hierro y litio.
Generalmente, una batería ternaria tiene un mejor rendimiento a baja temperatura en comparación con una batería de manganato y litio o una batería de fosfato de hierro y litio y, por lo tanto, la primera celda de batería puede utilizar una batería ternaria, y la segunda celda de batería puede utilizar una batería de manganato y litio o una batería de fosfato de hierro y litio. De este modo, el paquete de baterías de la presente solicitud se puede fabricar fácilmente utilizando celdas de batería existentes.
Un segundo aspecto de la presente solicitud proporciona un dispositivo consumidor de energía que comprende el paquete de baterías del primer aspecto de la presente solicitud.
De este modo, el dispositivo consumidor de energía del segundo aspecto de la presente solicitud tiene una resistencia fuerte a baja temperatura, y se puede utilizar normalmente durante mucho tiempo incluso a baja temperatura.
Efecto de la invención
Al adoptar la presente invención, es posible proporcionar un paquete de baterías para el cual la energía liberada por las celdas de batería en regiones con diferentes tasas de cambio de temperatura a baja temperatura se puede hacer sustancialmente idéntica, se puede evitar el efecto de barrica a baja temperatura y se puede mejorar la tasa global de retención de energía a baja temperatura, y un dispositivo consumidor de energía que comprende el paquete de baterías.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama esquemático de la estructura global de un paquete de baterías en una realización de la presente solicitud después del montaje.
La figura 2 es una vista esquemática superior de la estructura del paquete de baterías mostrada en la figura 1 en una realización de la presente solicitud después de retirar un cuerpo de caja.
La figura 3 es un diagrama esquemático que indica una división de una primera región y una segunda región en el espacio interior de una cavidad del paquete de baterías en una realización de la presente solicitud.
La figura 4 es un diagrama esquemático de una celda de batería (batería secundaria) en una realización de la presente solicitud.
La figura 5 es una vista de despiece de la celda de batería mostrada en la figura 4 en una realización de la presente solicitud.
La figura 6 es un diagrama esquemático de un dispositivo consumidor de energía utilizando un paquete de baterías en una realización de la presente solicitud como fuente de alimentación.
Lista de números de referencia:
1 - paquete de baterías; 2 - cuerpo de caja superior; 3 - cuerpo de caja inferior; 5 - primera celda de batería; 6 - segunda celda de batería; R1 - primera región; r 2 - segunda región; 51 - carcasa; 52 - conjunto de electrodos; 53 - conjunto de cubierta superior.
Descripción detallada de las realizaciones
A continuación, las realizaciones del paquete de baterías y el dispositivo consumidor de energía de la presente solicitud se divulgan específicamente en la descripción detallada con referencia a los dibujos adjuntos, según proceda. Sin embargo, en algunos casos se pueden omitir ilustraciones detalladas innecesarias. Por ejemplo, hay situaciones en las que se omite la descripción detallada de elementos bien conocidos y la descripción repetida de estructuras realmente idénticas. Esto es para evitar que la siguiente descripción sea innecesariamente verbosa y facilita la comprensión por parte de los expertos en la materia. Además, los dibujos adjuntos y las descripciones a continuación se proporcionan para permitir que los expertos en la materia comprendan completamente la presente solicitud, en lugar de limitar la materia objeto dada a conocer en las reivindicaciones.
Los "intervalos" divulgados en el presente documento se definen en forma de límites inferior y superior, donde un intervalo dado se define mediante la selección de un límite inferior y un límite superior, y los límites inferior y superior seleccionados definen los límites del intervalo en particular. Los intervalos definidos de esta manera pueden ser inclusivos o excluyentes, y pueden combinarse arbitrariamente, es decir, cualquier límite inferior puede combinarse con cualquier límite superior para formar un intervalo. Por ejemplo, si se enumeran los intervalos de 60-120 y 80-110 para un parámetro en particular, debe entenderse que también se contemplan los intervalos de 60-110 y 80-120. Además, si se enumeran valores de intervalo mínimo 1 y 2 y se enumeran valores de intervalo máximo 3, 4 y 5, se contemplan los siguientes intervalos: 1-3, 1-4, 1-5, 2-3, 2-4, y 2-5. En la presente solicitud, salvo que se indique lo contrario, el intervalo numérico "a-b" representa una representación abreviada de cualquier combinación de números reales entre a y b, donde tanto a como b son números reales. Por ejemplo, el intervalo numérico "0-5" significa que todos los números reales entre "0-5" se han enumerado en el presente documento, y "0-5" es solo una representación abreviada de estas combinaciones numéricas. Así mismo, cuando un parámetro se expresa como un número entero de > 2, equivale a divulgar que el parámetro es, por ejemplo, un número entero de 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 y similares.
Todas las realizaciones y realizaciones opcionales de la presente solicitud pueden combinarse entre sí para formar nuevas soluciones técnicas, a menos que se especifique lo contrario.
Todas las características técnicas y características técnicas opcionales de la presente solicitud pueden combinarse entre sí para formar una nueva solución técnica, a menos que se especifique lo contrario.
A menos que se especifique lo contrario, todas las etapas de la presente solicitud pueden realizarse de forma secuencial o aleatoria, preferentemente de forma secuencial. Por ejemplo, el método que incluye las etapas (a) y (b) indica que el método puede incluir las etapas (a) y (b) realizadas de forma secuencial y también puede incluir las etapas (b) y (a) realizadas de forma secuencial. Por ejemplo, la referencia a "el método puede incluir, además, la etapa (c)" indica que la etapa (c) puede añadirse al método en cualquier orden, por ejemplo, el método puede incluir las etapas (a), (b) y (c), las etapas (a), (c) y (b), y también las etapas (c), (a) y (b), etc.
Los términos "comprender" e "incluir" mencionados en la presente solicitud son de alcance abierto o cerrado, a menos que se especifique lo contrario. Por ejemplo, "comprender" e "incluir" pueden significar que otros componentes no enumerados se pueden comprender o incluir, además, o que solo los componentes enumerados se pueden comprender o incluir.
En la presente solicitud, el término "o" es inclusivo, a menos que se especifique lo contrario. Por ejemplo, la expresión "A o B" significa "A, B, o tanto A como B". Más concretamente, una condición "A o B" se cumple con uno cualquiera de las siguientes: A es verdadero (o presente) y B es falso (o no presente); A es falso (o no presente) y B es verdadero (o presente); o tanto A como B son verdaderos (o presentes).
En la actualidad, desde la perspectiva del desarrollo de la forma del mercado, es cada vez más extensiva la aplicación de baterías de energía. Las baterías de energía no solo se usan en sistemas de alimentación de almacenamiento de energía, tal como centrales eléctricas hidroeléctricas, térmicas, eólicas y solares, sino que también se usan ampliamente en instalaciones de comunicación eléctricas tales como bicicletas eléctricas, motocicletas eléctricas y vehículos eléctricos, así como equipos militares y aeroespaciales y otros campos. Con la expansión continua del campo de aplicación de las baterías de energía, la demanda del mercado de las mismas también se está expandiendo constantemente.
Los inventores han notado que un paquete de baterías compuesto de baterías secundarias de iones de litio que se utiliza comúnmente en vehículos eléctricos libera menos energía a bajas temperaturas que a temperatura normal debido a la menor fluidez de la solución de electrolitos y baja actividad de iones de litio y tasa de migración en las baterías. Además, es más probable que la parte más exterior del paquete de baterías intercambie calor con el entorno externo y, por lo tanto, la parte más exterior del paquete de baterías tiene una temperatura más baja que la parte central del paquete de baterías, así como una menor fluidez de solución de electrolitos, actividad de iones de litio y tasa de migración. Por lo tanto, cuando se utilizan las mismas celdas de batería en el paquete de baterías, a baja temperatura, la energía que puede ejercer la celda de batería ubicada en la parte más exterior del paquete de baterías es menor que la energía que puede ejercer la celda de batería ubicada en la parte central del paquete de baterías. Un paquete de baterías es un sistema en el que todas las celdas de baterías están conectadas en serie o en paralelo. Por lo tanto, la energía que el sistema puede liberar solo puede basarse en la celda de batería que libera la menor energía, de lo contrario conducirá a la sobrecarga de la celda de batería con baja tasa de esfuerzo de energía.
A continuación, los inventores han pensado que al aumentar la energía disponible de la celda de batería con la tasa de esfuerzo de energía más pequeña en el paquete de baterías en un entorno de baja temperatura, y compensar el efecto de barrica del paquete de baterías, se puede mejorar el esfuerzo de energía global del paquete de baterías en un entorno a baja temperatura, mejorando de este modo el kilometraje de resistencia de un vehículo eléctrico que utiliza el paquete de baterías en un entorno a baja temperatura.
Con el fin de lograr el objetivo mencionado anteriormente, los inventores de la presente solicitud han realizado estudios repetidos y, como resultado, han descubierto que al disponer dos o más celdas de batería con diferentes rendimientos a baja temperatura de acuerdo con la distribución de temperatura en el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías, es decir, disponer la celda de batería con un rendimiento a baja temperatura más alto en una región con una gran tasa de cambio de temperatura en el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías (por ejemplo, la región más exterior en la cavidad del paquete de baterías) y disponer la celda de batería con un rendimiento inferior a baja temperatura en una región con una pequeña tasa de cambio de temperatura en la cavidad del paquete de baterías (por ejemplo, una región en la cavidad del paquete de baterías que está ubicada en el lado interior con relación a la región más exterior), la energía ejercida a baja temperatura por las celdas de batería en las regiones con diferentes tasas de cambio de temperatura del paquete de baterías se puede hacer sustancialmente idéntica, se puede evitar el efecto de barrica del paquete de baterías a baja temperatura y se mejora la tasa de retención de energía global del paquete de baterías a baja temperatura, mejorando de este modo el kilometraje de resistencia de un dispositivo consumidor de energía tal como un vehículo eléctrico que utiliza el paquete de baterías como fuente de alimentación a baja temperatura.
Paquete de baterías
A continuación, se describirá específicamente un paquete de baterías 1 de la presente solicitud.
El paquete de baterías 1 de la presente solicitud, tal como se muestra en las figuras 1 y 2, comprende una funda de batería y una pluralidad de celdas de batería dispuestas en la funda de batería. La caja de baterías comprende un cuerpo de caja superior 2 y un cuerpo de caja inferior 3. El cuerpo de caja superior 2 puede cubrir el cuerpo de caja inferior 3 y se forma un espacio cerrado para alojar una pluralidad de celdas de batería, a saber, una cavidad del paquete de baterías.
En una realización de la presente solicitud, tal como se muestra en la figura 3, el paquete de baterías 1 comprende una cavidad del paquete de baterías y una pluralidad de celdas de batería 5, 6 recibidas en la cavidad del paquete de baterías, donde un espacio interior de la cavidad del paquete de baterías se puede dividir en una primera región R1 con una tasa de cambio de temperatura de K1 y una segunda región R2 con una tasa de cambio de temperatura de K2, donde 0,066<K1 <0,131 y 0,034<K2<0,066 expresados K1 y K2 en °C/min; la pluralidad de celdas de batería 5, 6 comprende: al menos una primera celda de batería 5 dispuesta en la primera región R1; y al menos una segunda celda de batería 6 dispuesta en la segunda región R2; y las energías de descarga completa de la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6 cuando están a 25 °C son E<1>y E<2>, respectivamente, y las energías de descarga completa de la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6 cuando están a -20 °C son E<1>' y E<2>', respectivamente, donde 1,05<E1/E2<1,45 y 0,97<E1'/E2'<1,41, expresándose E<1>, E<2>, E<1>', y E<2>en Wh.
En la presente solicitud, de acuerdo con la magnitud de la tasa de cambio de temperatura K, el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías se divide en diferentes regiones, a saber, una primera región R1 con una tasa de cambio de temperatura de K1 y una segunda región R2 con una tasa de cambio de temperatura de K2, donde 0,066 °C/min<K1 <0,131 °C/min y 0,034 °C/min<K2<0,066 °C/min.
La primera región R1 con una gran tasa de cambio de temperatura tiene una temperatura más baja en un entorno a baja temperatura, y la proporción de la energía que puede liberarse por la primera celda de batería 5 dispuesta en la primera región R1 en un entorno a baja temperatura con respecto a la que puede liberarse a temperatura normal es menor.
La segunda región R2 con una pequeña tasa de cambio de temperatura tiene una temperatura más alta en un entorno a baja temperatura, y la proporción de la energía que puede liberarse por la segunda celda de batería 6 dispuesta en la segunda región R2 en un entorno a baja temperatura con relación a la que puede liberarse a temperatura normal es mayor que la de la primera celda de batería dispuesta en la primera región.
La primera región R1 con una tasa de cambio de temperatura grande es habitualmente la región más exterior en el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías, y la segunda región con una tasa de cambio de temperatura pequeña es habitualmente una región que está ubicada en el lado interior en el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías con respecto a la primera región.
En la presente solicitud, la tasa de cambio de temperatura K en el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías se mide mediante el siguiente método.
Prueba de tasa de cambio de temperatura del paquete de baterías:
Se utiliza una caja Jufu de entrada de alta y baja temperatura (IWER-A2-40-TP-AR). El paquete de baterías se coloca en la caja de alta y baja temperatura a temperatura normal, y luego se establece un punto de muestreo de temperatura ambiente 10 cm por encima de la cubierta superior del paquete de baterías, y los sensores de temperatura se disponen en las intersecciones de rejilla de acuerdo con una rejilla espacial de 10 cm x 10 cm dentro del paquete de baterías, siendo la distancia entre el sensor de temperatura y la parte inferior del paquete de baterías la mitad de la distancia desde la parte inferior del paquete de baterías hasta la cubierta superior. El sensor de temperatura se puede suspender mediante alambres, o puede ser soportado por conductores térmicamente pobres tales como carcasas de papel. Se establece una caja de alta y baja temperatura para disminuir de temperatura ambiente (25 °C) a 0 °C, y la tasa de enfriamiento de un sensor de muestreo de temperatura ambiente se fija en 0,205 °C/min. En este momento, un sensor de temperatura incorporado detecta la tasa de enfriamiento en todo el paquete de baterías, se mide el tiempo (unidad: min) durante el cual la temperatura desciende desde la temperatura ambiente hasta 0 °C en cada ubicación, y se toma una tasa de enfriamiento promedio desde la temperatura ambiente hasta 0 °C en cada ubicación como la tasa de cambio de temperatura en ese lugar (unidad: °C/min).
Enla presente solicitud, la energía de descarga completa de la celda de batería cuando está a 25 °C y la energía de descarga completa cuando está a -20 °C se miden mediante un probador de baterías de alimentación Xinwei (modelo BTS-5V300A-4CH) utilizando el siguiente método.
Medición de la energía de descarga completa cuando está a temperatura ambiente 25 °C:
Se permite que la celda de batería repose en un entorno a 25 °C durante 120 min, y luego se carga a una tensión límite superior nominal de la celda de batería con una corriente constante y tensión constante a una corriente de carga de 60 A, con una corriente de corte de carga de 5 A. Se permite reposar durante 30 min. A continuación, la batería se descarga a una tensión límite inferior nominal de la celda de batería con una corriente constante a una corriente de 60 A. En este momento, la energía liberada mostrada por el probador es la energía de descarga completa (unidad: WH) de la celda de batería cuando está a 25 °C.
Medición de la energía de descarga completa cuando está a temperatura baja -20 °C:
La celda de batería mencionada anteriormente completamente cargada a 25 °C se coloca en un entorno de -20 °C, se deja reposar durante 120 min, y se descarga a una tensión límite inferior nominal de la celda de batería con una corriente constante a una corriente de 60 A. Después de que se detiene la descarga, se deja reposar durante 30 min. En este momento, la energía liberada mostrada por el probador es la energía de descarga completa (unidad: WH) de la celda de batería cuando está a -20 °C.
En lo sucesivo, a veces, la relación (%) de la energía de descarga completa cuando la celda de batería se deja reposar a -20 °C con respecto a la energía de descarga completa cuando reposa a 25 °C se denomina tasa de retención de energía a baja temperatura (o tasa de retención de capacidad a baja temperatura) de la celda de batería, y la relación (%) de la energía de descarga completa de todo el paquete de baterías cuando reposa a -20 °C a la energía de descarga completa cuando reposa a 25 °C se denomina la tasa de retención de energía total del paquete de baterías a -20 °C (o tasa de retención de capacidad total del paquete de baterías a -20 °C).
Los inventores han estudiado la relación entre la tasa de cambio de temperatura de la región donde se encuentra la celda de batería y la tasa de retención de energía a baja temperatura de la celda de batería. Se descubre que cuando la tasa de cambio de temperatura (tasa de enfriamiento) de una determinada región alcanza o excede 0,066 °C/min, la tasa de retención de energía a baja temperatura de la celda de batería en esta región durante el mismo período es significativamente menor que la tasa de retención de energía a baja temperatura de la celda de batería en una región con una tasa de cambio de temperatura pequeña en el paquete de baterías, y la tasa general de retención de energía a baja temperatura del paquete de baterías se reduce significativamente debido al efecto de barrica. En este caso, la tasa de cambio de temperatura de una determinada región se refiere a la tasa de cambio de temperatura promedio cuando la temperatura de la región disminuye de temperatura ambiente 25 °C a 0 °C.
Por lo tanto, con el fin de evitar una disminución significativa en la tasa global de retención de energía a baja temperatura del paquete de baterías debido al efecto de barrica, es concebible que una celda de batería ordinaria (es decir, la segunda celda de batería 6) esté dispuesta en una región con una tasa de cambio de temperatura inferior a 0,066 °C/min (es decir, la segunda región R2), y una celda de batería (es decir, la primera celda de batería 5) con un mejor rendimiento a baja temperatura (es decir, mayor energía liberada a baja temperatura) se dispone en una región con una tasa de cambio de temperatura de 0,066 °C/min o más (es decir, la primera región R1).
Además, para la primera región R1 y la segunda región R2 mencionadas anteriormente, se seleccionan múltiples ubicaciones respectivamente, y el valor de la tasa de cambio de temperatura K se mide mediante el método de medición anterior, y el límite superior de la tasa de cambio de temperatura de la primera región R1 se obtiene como 0,131 °C/min, y el límite inferior de la tasa de cambio de temperatura de la segunda región R2 es 0,034 °C/min. Por lo tanto, se determina que la tasa de cambio de temperatura K1 de la primera región R1 está en el intervalo de 0,066<K1 <0,131, y la tasa de cambio de temperatura de la segunda región R2 es de 0,034<K2<0,066 donde la unidad es °C/min.
Los inventores han llevado a cabo además una investigación en profundidad sobre la relación entre E1, E2, E<1>' y E<2>' de la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6 y la tasa de retención de energía total del paquete de baterías a -20 °C. Se descubre que cuando E<1>y E<2>de la primera celda de batería y la segunda celda de batería satisfacen la relación de 1,05<E1/E2<1,45, y E<1>' y E<2>' de la primera celda de batería y la segunda celda de batería satisfacen 0,97<E1'/E2'<1,41 (donde la unidad de E<1>, E<2>, E<1>' y E<2>es Wh), la energía que la primera celda de batería y la segunda celda de batería pueden liberar a baja temperatura (capacidad de descarga a baja temperatura) es sustancialmente idéntica, de modo que se puede evitar el efecto de barrica del paquete de baterías, la tasa total de retención de energía del paquete de baterías a -20 °C es excelente, y el nivel de resistencia general del paquete de baterías a baja temperatura se mejora.
En algunas realizaciones, E1, E2, E<1>' y E<2>' satisfacen 1,05<E1/E2<1,45 y 0,97<E1'/E2'<1,41.
Al hacer E<1>/E<2>y <EV/E<2>' en los intervalos anteriores, la energía liberada por la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6 a baja temperatura se puede acercar entre sí, la desviación de la energía liberada por todas las celdas de batería en el paquete de baterías 1 a baja temperatura es menor, y la tasa de retención de energía a baja temperatura del paquete de baterías 1 en su conjunto es más excelente.
En algunas realizaciones, E<1>VE<1>es de un 70 % a un 95 % y E<2>'/E<2>es de un 65 % a un 97 %.
De este modo, cada una de la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6 tiene una tasa de retención de energía a baja temperatura relativamente alta, y no causarán un efecto de barrica que afecte al esfuerzo global de energía del paquete de baterías 1, y es fácil mantener la excelente tasa de retención de energía a baja temperatura del paquete de baterías 1 en su conjunto.
En algunas realizaciones, E<1>VE<1>es de un 74 % a un 90 % y E<2>'/E<2>es de un 70 % a un 85 %.
De este modo, cada una de la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6 tienen una tasa de retención de energía a baja temperatura más alta, y la tasa de retención de energía a baja temperatura de la primera celda de batería es mayor que la tasa de retención de energía a baja temperatura de la segunda celda de batería, de modo que es fácil mantener el paquete de baterías 1 con una tasa de retención de energía a baja temperatura más excelente.
En algunas realizaciones, el número de las primeras celdas de batería 5 en la primera región R1 representa un 10 % o más del número total de celdas de batería en la primera región R1, opcionalmente un 30 % o más, además opcionalmente un 50 % o más, y más opcionalmente un 80 % o más.
Disponer la primera celda de batería 5 con un mejor rendimiento a baja temperatura en la primera región R1 con una temperatura inferior en un entorno a baja temperatura es un medio técnico importante para lograr el objetivo de la presente invención. Si la relación entre el número de las primeras celdas de batería 5 en la primera región R1 y el número total de celdas de batería en la primera región R1 es menor de un 10 %, el efecto de la presente invención puede no obtenerse. Por lo tanto, el límite inferior de esta relación se establece en el 10 %. Por otro lado, cuanto mayor sea la relación, más excelente será el efecto de la presente invención. Por lo tanto, solo desde el punto de vista de obtener el efecto de la presente invención, la relación es preferentemente de un 30 % o más, más preferentemente de un 50 % o más, y además preferentemente de un 80 % o más. Sin embargo, el coste de la primera celda de batería 5 con un mejor rendimiento a baja temperatura también aumenta en consecuencia. Por lo tanto, si también se considera el factor de coste, el límite superior de la relación anterior puede establecerse de acuerdo con el equilibrio entre la tasa de retención de energía a baja temperatura y el coste.
En algunas realizaciones, el número de las segundas celdas de batería 6 en la segunda región R2 representa un 50 % o más del número total de celdas de batería en la segunda región R2, además opcionalmente un 80 % o más.
Permitiendo que el número de las segundas celdas de batería 6 con un rendimiento normal a baja temperatura en la segunda región R2 suponga un 50 % o más del número total de celdas de batería en la segunda región R2, reduciendo el número de primeras baterías en esta región, se puede evitar que la parte de la energía de la primera batería que excede la energía de la segunda batería a temperatura normal no pueda ejercerse, resultando en un desperdicio de densidad energética del paquete de baterías. Al mismo tiempo, aquí, cuanto mayor sea la diferencia de batería, mayor será la dificultad de monitorización de temperatura y ecualización de tensión en el sistema de gestión de alimentación, lo que redundará en un aumento de los costes.
En algunas realizaciones, como se muestra en la figura 3, la primera región R1 está ubicada en el lado más exterior en el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías, y la segunda región R2 está ubicada en el lado interior de la cavidad del paquete de baterías con respecto a la primera región R1.
Habitualmente, en ausencia de otros medios de calentamiento auxiliares, la región más exterior en el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías es equivalente a la primera región R1, con gran tasa de cambio de temperatura, y una región que está ubicada en el lado interior en el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías con relación a la región más exterior es equivalente a la segunda región R2, con una pequeña tasa de cambio de temperatura. El objetivo de la presente invención se puede lograr fácilmente disponiendo la primera celda de batería 5 en la región más exterior de la cavidad del paquete de baterías y disponiendo la segunda celda de batería 6 en la región interna de la misma.
En algunas realizaciones, la relación del volumen de la primera región R1 con respecto al volumen del espacio interior de la cavidad del paquete de baterías es de un 50 % o menos, opcionalmente de un 40 % o menos, y además opcionalmente de un 30 % o menos.
Tal como se ha descrito anteriormente, la primera celda de batería 5 en la primera región R1 tiene un mejor rendimiento a baja temperatura, pero un mayor coste, y por lo tanto, al permitir que la relación entre el volumen de la primera región R1 y el volumen del espacio interior de la cavidad del paquete de baterías esté dentro de un intervalo apropiado, se puede suprimir un aumento significativo del coste debido al uso de la primera celda de batería 5.
En algunas realizaciones, la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6 son celdas de batería del mismo sistema químico con el mismo material de electrodo positivo, material de electrodo negativo y electrolito.
Si la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6 son celdas de batería del mismo sistema químico con el mismo material de electrodo positivo, material de electrodo negativo y electrolito, la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6 se pueden fabricar ajustando la composición de al menos uno del material de electrodo positivo, el material de electrodo negativo y el electrolito y, por lo tanto, la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6 que tienen diferentes rendimientos a baja temperatura se pueden fabricar fácilmente.
En algunas realizaciones, la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6 son baterías ternarias, baterías de manganato y litio, baterías de fosfato de hierro y litio, baterías de iones de sodio o baterías de metal y litio.
Los efectos de la presente invención se pueden lograr siempre que la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6 en el paquete de baterías 1 satisfagan el intervalo de la relación mencionada anteriormente de E<1>/E<2>y E<1>VE<2>', y las celdas de batería en el paquete de baterías 1 pueden ser baterías existentes, tales como baterías ternarias, baterías de manganato y litio, baterías de fosfato de hierro y litio, baterías de iones de sodio o baterías de metal y litio o baterías distintas de estas baterías. Dentro del intervalo en el que se satisface la relación mencionada anteriormente de E<1>/E<2>y E<1>VE<2>', se pueden utilizar baterías de iones de litio existentes como la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6 de modo que la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6 tengan un alto grado de libertad de selección.
En algunas realizaciones, la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6 son celdas de baterías de diferentes sistemas químicos en las que al menos uno de un material de electrodo positivo, un material de electrodo negativo y un electrolito es diferente.
Diferentes sistemas químicos significan que al menos uno de un material de electrodo positivo, un material de electrodo negativo y un electrolito es diferente. Mediante el uso de celdas de batería de diferentes sistemas químicos para la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6, se puede fabricar un paquete de baterías combinando celdas de batería existentes de diferentes sistemas químicos, y el grado de libertad en la fabricación del paquete de baterías es alto.
Enalgunas realizaciones, el material activo de electrodo positivo de la primera celda de batería 5 es diferente del material activo de electrodo positivo de la segunda celda de batería 6, y la capacidad en gramos del material activo de electrodo positivo de la primera celda de batería 5 es de 1,2 a 1,5 veces la capacidad en gramos del material activo de electrodo positivo de la segunda celda de batería 6.
Enla presente solicitud, la capacidad en gramos del material activo de electrodo positivo de la celda de batería se puede obtener mediante el siguiente método.
Método de prueba para capacidad en gramos:
Enun entorno de 25 °C, la celda de batería se carga a una tensión límite superior nominal con corriente constante y tensión constante a 0,33 C, con una corriente de corte de 0,05 C. Después de reposar durante 30 min, se descarga a una tensión límite inferior nominal a 0,33 C, y la capacidad liberada en este momento es C1 (Ah). La placa de electrodo positivo de la batería se extrae, la solución de electrolito de la placa de electrodo se enjuaga con DMC y después se raspó el material activo de la placa de electrodos. La placa de electrodos se coloca en un horno a 60 °C durante 12 h, se seca y después se pesa para ser n gramos. Entonces el esfuerzo de capacidad promedio de la batería es (C1 x 1000)/n, en mAh/g.
Tal como se ha descrito anteriormente, la capacidad de la primera celda de batería 5 es mayor que la capacidad de la segunda celda de batería 6, y si el material activo de electrodo positivo de la primera celda de batería 5 es el mismo que el material activo de electrodo positivo de la segunda celda de batería 6, el volumen de la primera celda de batería 5 puede ser mayor que el volumen de la segunda celda de batería 6. Mediante diferentes materiales activos de electrodo positivo que se utilizan para la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6, y siendo la capacidad en gramos del material activo de electrodo positivo de la primera celda de batería 5 de 1,2 a 1,5 veces la capacidad en gramos del material activo de electrodo positivo de la segunda celda de batería 6, la capacidad de la primera celda de batería 5 se puede aumentar sin aumentar significativamente el volumen de la primera celda de batería 5, y se puede facilitar el montaje del paquete de baterías 1.
Enalgunas realizaciones, la primera celda de batería 5 es una batería ternaria, y la segunda celda de batería 6 es una batería de manganato y litio o una batería de fosfato de hierro y litio.
Generalmente, una batería ternaria tiene un mejor rendimiento a baja temperatura en comparación con una batería de manganato y litio o una batería de fosfato de hierro y litio y, por lo tanto, la primera celda de batería 5 puede utilizar una batería ternaria, y la segunda celda de batería 6 puede utilizar una batería de manganato y litio o una batería de fosfato de hierro y litio. De este modo, el paquete de baterías 1 de la presente solicitud se puede fabricar fácilmente utilizando celdas de batería existentes.
A continuación en la presente, las celdas de batería (la primera celda de batería 5 y la segunda celda de batería 6) usadas en el paquete de baterías de la presente solicitud se describirán en detalle.
La celda de batería utilizada en el paquete de baterías de la presente solicitud es una batería secundaria. Normalmente, una batería secundaria comprende una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo, un electrolito y un separador. Durante el proceso de carga/descarga de la batería, los iones activos se intercalan y desintercalan en vaivén entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo. El electrolito está situado entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo y funciona para la conducción de iones. El separador está provisto entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo, e impide principalmente que los electrodos positivo y negativo se cortocircuiten y permite el paso de los iones a su través.
[Placa de electrodo positivo]
La placa de electrodo positivo comprende un colector de corriente de electrodo positivo y una capa de película de electrodo positivo proporcionada en al menos una superficie del colector de corriente de electrodo positivo, y la capa de película de electrodo positivo comprende un material activo de electrodo positivo.
Como ejemplos, el colector de corriente de electrodo positivo tiene dos superficies opuestas en su propia dirección de espesor, y la capa de película de electrodo positivo se proporciona en una o ambas de las dos superficies opuestas del colector de corriente de electrodo positivo.
En algunas realizaciones, el colector de corriente de electrodo positivo puede ser una lámina metálica o un colector de corriente compuesto. Por ejemplo, como una lámina metálica puede usarse una lámina de aluminio. El colector de corriente compuesto puede comprender un sustrato de material polimérico y una capa de metal formada sobre al menos una superficie del sustrato de material polimérico. El colector de corriente compuesto puede formarse formando un material metálico (aluminio, aleaciones de aluminio, níquel, aleaciones de níquel, titanio, aleaciones de titanio, plata y aleaciones de plata, etc.) en una capa base de material polimérico (tal como polipropileno (PP), tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno (PBT), poliestireno (PS), polietileno (PE), etc.).
En algunas realizaciones, el material activo de electrodo positivo puede ser un material activo de electrodo positivo conocido en la técnica para baterías. A modo de ejemplo, el material activo de electrodo positivo puede incluir al menos uno de los siguientes materiales: fosfatos que contienen litio de estructura olivina, óxidos de metales de transición de litio y sus respectivos compuestos modificados. Sin embargo, la presente solicitud no se limita a estos materiales, y también se pueden usar otros materiales convencionales que pueden usarse como materiales activos de electrodo positivo para baterías. Estos materiales activos de electrodo positivo pueden usarse en solitario o en combinación de dos o más. Entre ellos, los ejemplos de óxidos de metales de transición de litio pueden incluir, pero no se limitan a, al menos uno de óxido de cobalto y litio (por ejemplo, LiCoO<2>), óxido de níquel y litio (por ejemplo, LiNiO<2>), óxido de manganeso y litio (por ejemplo, LiMnO<2>, LiMn2O4), óxido de cobalto, níquel y litio, óxido de cobalto, manganeso y litio, óxido de manganeso, níquel y litio, óxido de manganeso, cobalto, níquel y litio (por ejemplo, LiNh/3Co1«Mn1/3O2 (también denominado NCM<333>), Lini0,5Co0,2Mn0,3O2 (también denominado NCM<523>), LiNi0,5Co0,25Mn0,25O2 (también denominado NCM<211>) Lini<0.6>Co<0.2>Mn<0.2>O<2>(también denominado NCM<622>), Lini<0.8>Co<0.1>Mn<0.1>O<2>(también denominado NCM<811>), óxido de cobalto, aluminio, níquel y litio (por ejemplo, Lini<0.85>Co<0.15>Al<0.05>O<2>) y compuestos modificados de los mismos, y similares. Los ejemplos de fosfatos que contienen litio de estructura olivina pueden incluir, pero no se limitan a, al menos uno de fosfato de hierro y litio (por ejemplo, LiFePO4 (también denominado LFP)), fosfato de hierro y litio y compuestos de carbono, fosfato de manganeso y litio (por ejemplo, LiMnPO4), fosfato de manganeso y litio y compuestos de carbono, fosfato de manganeso de hierro y litio y fosfato de manganeso de hierro y litio y compuestos de carbono.
En algunas realizaciones, la capa de película de electrodo positivo puede comprender opcionalmente un aglutinante. Como un ejemplo, el aglutinante puede incluir al menos uno de poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF), politetrafluoroetileno (PTFE), terpolímero de fluoruro de vinilideno-tetrafluoroetileno-propileno, terpolímero de fluoruro de vinilidenohexafluoropropileno-tetrafluoroetileno, copolímero de tetrafluoroetileno-hexafluoropropileno, y resina de acrilato que contiene flúor.
En algunas realizaciones, la capa de película de electrodo positivo puede comprender opcionalmente un agente conductor. Como un ejemplo, el agente conductor puede incluir uno o más de carbono superconductor, negro de acetileno, negro de humo, negro de Ketjen, puntos de carbono, nanotubos de carbono, grafeno y nanofibras de carbono.
En algunas realizaciones, la placa de electrodo positivo se puede preparar como sigue: los componentes antes mencionados para preparar la placa de electrodo positivo, tal como, material activo de electrodo positivo, agente conductor, aglutinante y cualesquiera otros componentes, se dispersan en un disolvente (por ejemplo, N-metilpirrolidona) para formar una suspensión de electrodo positivo; y la suspensión de electrodo positivo se reviste sobre un colector de corriente del electrodo positivo, y a continuación se somete a procedimientos tales como secado y prensado en frío para obtener la placa de electrodo positivo.
[Placa de electrodo negativo]
La placa de electrodo negativo comprende un colector de corriente de electrodo negativo y una capa de película de electrodo negativo proporcionada en al menos una superficie del colector de corriente de electrodo negativo, comprendiendo la capa de película de electrodo negativo un material activo de electrodo negativo.
Como ejemplos, el colector de corriente de electrodo negativo tiene dos superficies opuestas en su propia dirección de espesor, y la capa de película de electrodo negativo se proporciona en una o ambas de las dos superficies opuestas del colector de corriente de electrodo negativo.
En algunas realizaciones, el colector de corriente de electrodo negativo puede ser una lámina metálica o un colector de corriente compuesto. Por ejemplo, como lámina metálica, se puede utilizar una lámina de cobre. El colector de corriente compuesto puede comprender un sustrato de material polimérico y una capa de metal formada sobre al menos una superficie del sustrato de material polimérico. El colector de corriente compuesto puede formarse formando materiales metálicos (cobre, aleaciones de cobre, níquel, aleaciones de níquel, titanio, aleaciones de titanio, plata y aleaciones de plata, etc.) en la capa base de material polimérico (tal como polipropileno (PP), tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno (PBT), poliestireno (PS), polietileno (PE), etc.).
En algunas realizaciones, el material activo de electrodo negativo puede ser un material activo de electrodo negativo conocido en la técnica para baterías. A modo de ejemplo, el material activo de electrodo negativo puede incluir al menos uno de los siguientes materiales: grafito artificial, grafito natural, carbono blando, carbono duro, un material a base de silicio, un material a base de estaño y titanato de litio, etc. El material a base de silicio puede seleccionarse de al menos uno de silicio elemental, óxidos de silicio, compuestos de carbono de silicio, compuestos de nitrógeno de silicio y aleaciones de silicio. El material a base de estaño puede seleccionarse de al menos uno de estaño elemental, óxidos de estaño y aleaciones de estaño. Sin embargo, la presente solicitud no se limita a estos materiales, y también se pueden usar otros materiales convencionales que pueden usarse como materiales activos de electrodo negativo para baterías. Estos materiales activos de electrodo negativo pueden usarse en solitario o en combinación de dos o más.
En algunas realizaciones, la capa de película de electrodo negativo puede comprender opcionalmente un aglutinante. El aglutinante puede seleccionarse de al menos uno de caucho de estireno-butadieno (SBR), ácido poliacrílico (PAA), poliacrilato de sodio (PAAS), poliacrilamida (PAM), alcohol polivinílico (PVA), alginato de sodio (SA), ácido polimetacrílico (PMAA) y carboximetil quitosano (CMCS).
En algunas realizaciones, la capa de película de electrodo negativo puede comprender opcionalmente un agente conductor. El agente conductor puede seleccionarse de al menos uno de carbono superconductor, negro de acetileno, negro de humo, negro de Ketjen, puntos de carbono, nanotubos de carbono, grafeno y nanofibras de carbono.
En algunas realizaciones, la capa de película de electrodo negativo puede comprender opcionalmente otros agentes auxiliares, tales como espesante (por ejemplo, carboximetilcelulosa sódica (CMC-Na)) y similares.
En algunas realizaciones, la placa de electrodo negativo se puede preparar como sigue: los componentes antes mencionados para preparar la placa de electrodo negativo, tal como, material activo de electrodo negativo, agente conductor, aglutinante y cualesquiera otros componentes, se dispersan en un disolvente (por ejemplo, agua desionizada) para formar una suspensión de electrodo negativo; y la suspensión de electrodo negativo se reviste sobre un colector de corriente del electrodo negativo, y a continuación se somete a procedimientos tales como secado y prensado en frío para obtener la placa de electrodo negativo.
[Electrolito]
El electrolito está situado entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo y funciona para la conducción de iones. No existe una limitación específica sobre el tipo de electrolito en la presente solicitud, y el electrolito puede seleccionarse de acuerdo con los requisitos. Por ejemplo, el electrolito puede ser líquido, gel o totalmente sólido.
En algunas realizaciones, se utiliza una solución electrolítica como electrolito. La solución electrolítica comprende una sal electrolítica y un disolvente.
En algunas realizaciones, la sal electrolítica se puede seleccionar entre al menos uno de hexafluorofosfato de litio, tetrafluoroborato de litio, perclorato de litio, hexafluoroarsenato de litio, bisfluorosulfonimida de litio, bistrifluorometanosulfonimida de litio, trifluorometanosulfonato de litio, difluorofosfato de litio, borato de difluorooxalato de litio, borato de dioxalato de litio, fosfato de difluorodioxalato de litio y fosfato de tetrafluorooxalato de litio.
En algunas realizaciones, el disolvente puede seleccionarse entre al menos uno de carbonato de etileno, carbonato de propileno, etilmetilcarbonato, dietilcarbonato, dimetilcarbonato, dipropilcarbonato, metilpropilcarbonato, etilpropilcarbonato, butilcarbonato, carbonato de fluoroetileno, formiato de metilo, acetato de metilo, acetato de etilo, acetato de propilo, propionato de metilo, propionato de etilo, propionato de propilo, butirato de metilo, butirato de etilo, 1,4-butirolactona, sulfolano, dimetil sulfona, etil metil sulfona y dietil sulfona.
Enalgunas realizaciones, la solución electrolítica puede comprender opcionalmente un aditivo. Por ejemplo, el aditivo puede incluir un aditivo formador de película de electrodo negativo, un aditivo formador de película de electrodo positivo y también un aditivo que pueda mejorar determinados rendimientos de la batería, tal como un aditivo que mejore el rendimiento de sobrecarga de la batería o un aditivo que mejore el rendimiento a alta temperatura o a baja temperatura de la batería.
[Separador]
Enalgunas realizaciones, la batería secundaria comprende además un separador. El tipo de separador no está particularmente limitado en la presente solicitud y puede seleccionarse cualquier separador de estructura porosa bien conocido con buena estabilidad química y estabilidad mecánica.
Enalgunas realizaciones, el material del separador puede seleccionarse entre al menos uno de fibras de vidrio, un tejido no tejido, polietileno, polipropileno y poli(fluoruro de vinilideno). El separador puede ser una película de una sola capa y también una película compuesta multicapa, y no está limitado particularmente. Cuando el separador es una película compuesta multicapa, los materiales en las capas respectivas pueden ser iguales o diferentes, lo cual no está limitado particularmente.
Enalgunas realizaciones, un conjunto de electrodos puede formarse mediante una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo y un separador mediante un proceso de bobinado o un proceso de laminado.
Enalgunas realizaciones, la batería secundaria puede comprender un empaquetado exterior. El empaquetado exterior se utiliza para encapsular el conjunto de electrodos y el electrolito anteriores.
Enalgunas realizaciones, el empaquetado exterior de la batería secundaria puede ser una envoltura dura, por ejemplo, una envoltura de plástico dura, una envoltura de aluminio, una envoltura de acero, etc. El empaquetado exterior de la batería secundaria también puede ser una bolsa blanda, tal como una bolsa blanda tipo bolsita. El material del empaquetado blando puede ser plástico y los ejemplos de plásticos pueden incluir polipropileno, poli(tereftalato de butileno) y poli(succinato de butileno), etc.
La forma de la celda de batería (batería secundaria) no está particularmente limitada en la presente solicitud y puede ser cilíndrica, cuadrada o de cualquier otra forma. Por ejemplo, la figura 4 es una primera celda de batería 5 de una estructura cuadrada como ejemplo (aquí, la primera celda de batería 5 se toma como ejemplo para la descripción, y lo mismo es cierto para la segunda celda de batería 6).
Enalgunas realizaciones, haciendo referencia a la figura 5, el empaquetado exterior puede comprender un alojamiento 51 y una placa de cubierta 53, en donde el alojamiento 51 puede comprender una placa inferior y placas laterales conectadas a la placa inferior, y la placa inferior y las placas laterales rodean y forman una cavidad de alojamiento. El alojamiento 51 tiene una abertura que comunica con la cavidad de alojamiento, y la placa de cubierta 53 puede cubrir la abertura para cerrar la cavidad de alojamiento. La placa de electrodo positivo, la placa de electrodo negativo y el separador pueden formar un conjunto de electrodos 52 mediante un proceso de bobinado o un proceso de laminación. El conjunto de electrodos 52 se encapsula en la cavidad de alojamiento. La solución electrolítica se infiltra en el conjunto de electrodos 52. El número de conjuntos de electrodos 52 contenidos en la primera celda de batería 5 puede ser uno o más, y puede ser seleccionado por los expertos en la materia de acuerdo con los requisitos reales.
En algunas realizaciones, al menos una primera celda de batería 5 y al menos una segunda celda de batería 6 pueden ensamblarse en un paquete de baterías 1, y los números específicos de las primeras celdas de batería 5 y las segundas celdas de batería 6 contenidas en el paquete de baterías 1 pueden seleccionarse de acuerdo con la aplicación y capacidad del paquete de baterías.
[Dispositivo consumidor de energía!
Además, la presente solicitud también proporciona un dispositivo consumidor de energía que comprende el paquete de baterías de la presente solicitud. El paquete de baterías se puede utilizar como fuente de alimentación del dispositivo consumidor de energía o como unidad de almacenamiento de energía del dispositivo consumidor de energía. El dispositivo consumidor de energía puede incluir un dispositivo móvil (por ejemplo, un teléfono móvil, un ordenador portátil, etc.), un vehículo eléctrico (por ejemplo, un vehículo eléctrico puro, un vehículo eléctrico híbrido, un vehículo eléctrico híbrido enchufable, una bicicleta eléctrica, un patinete eléctrico, un carrito de golf eléctrico, un camión eléctrico), un tren, un barco y un satélite eléctricos, un sistema de almacenamiento de energía, y similares, pero no se limitan a estos.
En lo que respecta a un dispositivo consumidor de energía, la celda de batería o el paquete de baterías pueden seleccionarse de acuerdo con los requisitos de uso de los mismos.
La figura 6 muestra un dispositivo consumidor de energía como ejemplo. El dispositivo consumidor de energía puede ser un vehículo eléctrico puro, un vehículo eléctrico híbrido, un vehículo eléctrico híbrido enchufable o similares. Con el fin de cumplir con el requisito del dispositivo consumidor de energía para la resistencia a baja temperatura, se puede utilizar el paquete de baterías de la presente solicitud.
Ejemplos
A continuación, se explicarán los ejemplos de la presente solicitud. Los ejemplos descritos a continuación son a modo de ejemplo y son simplemente para explicar la presente solicitud, y no deben interpretarse como limitativos de la presente solicitud. Las técnicas o condiciones que no se especifican en los ejemplos son de acuerdo con las técnicas o condiciones descritas en documentos de la técnica o la presentación del producto. Los reactivos o instrumentos utilizados, si no están marcados con el fabricante, son productos comunes que están disponibles en el mercado.
(1) Preparación de la celda de batería
I. Preparación de la primera celda de batería
[Ejemplo de preparación I-1]
1) Preparación de la placa de electrodo positivo
Un material activo positivo Lini0,55Co0,05Mn0,4O2, negro de humo superconductor Sp como agente conductor y fluoruro de polivinilideno (PVDF) como aglutinante se dispersaron en N-metilpirrolidona (NMP) como un disolvente en una relación de masa de 96:1,2:2,8 y se mezclaron uniformemente para obtener una suspensión de electrodo positivo; y la suspensión de electrodo positivo se recubrió uniformemente sobre una lámina de aluminio colectora de corriente de electrodo positivo, y se sometió a secado, prensado en frío, división y corte, para obtener la placa de electrodo positivo.
2) Preparación de la placa de electrodo negativo
Un grafito de material activo de electrodo negativo, negro de humo superconductor SP como agente conductor, SBR como aglutinante y CMC-Na como espesante se dispersaron en agua desionizada como un disolvente en una relación de masa de 96:1:1:2 y se mezclaron uniformemente para obtener una suspensión de electrodo negativo; y la suspensión de electrodo negativo se recubrió uniformemente sobre una lámina de cobre colectora de corriente de electrodo negativo, y se sometió a secado, prensado en frío, división y corte, para obtener la placa de electrodo negativo.
3) Separador
Se selecciona una película de polietileno como película de aislamiento.
4) Preparación de la disolución electrolítica
Se mezclan carbonato de etileno (EC), carbonato de dimetilo (DMC) y carbonato de dietilo (DEC) en una relación en volumen de 1:1:1 en un disolvente orgánico, y después la sal de litio completamente secada LiPF6 se disolvió en el disolvente orgánico mixto, para preparar una solución de electrolito con una concentración de 1 mol/L.
5) Preparación de la celda de batería
La placa de electrodo positivo, el separador y la placa de electrodo negativo mencionados anteriormente se apilaron en secuencia, de modo que el separador se ubica entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo para desempeñar un papel de aislamiento, y a continuación se realizó el bobinado para obtener una campana desnuda; y la celda desnuda se colocó en una funda de empaquetado exterior, se secó y después se inyectó con la solución de electrolito, y se sometió a procedimientos tales como envasado al vacío, reposado, formado y conformado, de modo que se obtuviera una primera celda de batería I-1.
[Ejemplo de preparación 1-2]
Se obtuvo una primera celda de batería I-2 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usaron negro de humo superconductor Sp y nanotubo de carbono (CNT) como agente conductor y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp, nanotubos de carbono y aglutinante fue de 96:2,1:0,2:1,7.
[Ejemplo de preparación 1-3]
Se obtuvo una primera celda de batería I-3 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usaron negro de humo superconductor Sp y nanotubo de carbono (CNT) como agente conductor y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp, nanotubos de carbono y aglutinante fue de 96:1,5:0,8:1,7.
[Ejemplo de preparación I-4]
Se obtuvo una primera celda de batería I-4 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usó LiNi<0>,<55>Co<0>,<12>Mn<0>,<4>O<2>como material activo de electrodo positivo, se usaron negro de humo superconductor Sp y grafeno como agente conductor y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp, grafeno y aglutinante fue de 96:1:1:2.
[Ejemplo de preparación I-5]
Se obtuvo una primera celda de batería I-5 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usó LiNi0,55Co0,12Mn0,4O2 como material activo de electrodo positivo, se usaron negro de humo superconductor Sp y grafeno como agente conductor y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp, grafeno y aglutinante fue de 96:1:0,4:2,6.
[Ejemplo de preparación 1-6]
Se obtuvo una primera celda de batería I-6 de la misma manera que en el Ejemplo de preparación I-1, excepto que la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp y aglutinante fue de 96:1,3:2,7.
[Ejemplo de preparación 1-7]
Se obtuvo una primera celda de batería I-7 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usaron negro de humo superconductor Sp y nanotubo de carbono (CNT) como agente conductor y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp, nanotubos de carbono y aglutinante fue de 96:1,3:1,0:1,7.
[Ejemplo de preparación 1-8]
Se obtuvo una primera celda de batería I-8 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usó LiNi0,55Co0,12Mn0,4O2 como material activo de electrodo positivo, se usaron negro de humo superconductor Sp y grafeno como agente conductor y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp, grafeno y aglutinante fue de 96:1:0,9:2,1.
[Ejemplo de preparación 1-9]
Se obtuvo una primera celda de batería I-9 de la misma manera que en el Ejemplo de preparación I-1, excepto que la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp y aglutinante fue de 96:1:3.
[Ejemplo de preparación I-10]
Se obtuvo una primera celda de batería I-10 de la misma manera que en el Ejemplo de preparación I-1, excepto que la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp y aglutinante fue de 96:1,1:2,9.
[Ejemplo de preparación I-11]
Se obtuvo una primera celda de batería I-11 de la misma manera que en el Ejemplo de preparación I-1, excepto que la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp y aglutinante fue de 96:1,4:2,6.
II. Preparación de una segunda celda de batería
[Ejemplo de preparación II-1]
Se obtuvo una segunda celda de batería II-1 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usó fosfato de hierro y litio (LFP) como material activo de electrodo positivo y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp y aglutinante fue de 96:1,5:2,5.
[Ejemplo de preparación II-2]
Se obtuvo una segunda celda de batería II-2 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usó fosfato de hierro y litio (LFP) como material activo de electrodo positivo y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp y aglutinante fue de 96:1,2:2,8.
[Ejemplo de preparación II-3]
Se obtuvo una segunda celda de batería II-3 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usó fosfato de hierro y litio (LFP) como material activo de electrodo positivo y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp y aglutinante fue de 96:1,6:2,4.
[Ejemplo de preparación II-4]
Se obtuvo una segunda celda de batería II-4 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usó Na3V2(PO4)2O2F como material activo de electrodo positivo, se usaron nanotubos de carbono (CNT) como agente conductor y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, nanotubos de carbono y aglutinante fue de 96:2,2:1,8.
[Ejemplo de preparación II-5]
Se obtuvo una segunda celda de batería II-5 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usó fosfato de hierro y litio (LFP) como material activo de electrodo positivo, se usaron negro de humo superconductor Sp y nanotubo de carbono (CNT) como agente conductor y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp, nanotubos de carbono y aglutinante fue de 96:1:1,3:1,7.
[Ejemplo de preparación II-6]
Se obtuvo una segunda celda de batería II-6 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usó fosfato de hierro y litio (LFP) como material activo de electrodo positivo, se usaron negro de humo superconductor Sp y nanotubo de carbono (CNT) como agente conductor y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp, nanotubos de carbono y aglutinante fue de 96:1:1:2.
[Ejemplo de preparación II-7]
Se obtuvo una segunda celda de batería II-7 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usó LiMn2O4 como material activo de electrodo positivo, se usaron negro de humo superconductor Sp y nanotubo de carbono (CNT) como agente conductor y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp, nanotubos de carbono y aglutinante fue de 96:1:0,8:2,2.
[Ejemplo de preparación II-8]
Se obtuvo una segunda celda de batería II-7 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usó LiMn2O4 como material activo de electrodo positivo y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp y aglutinante fue de 96:1,8:2,2.
[Ejemplo de preparación II-9]
Se obtuvo una segunda celda de batería II-9 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usó fosfato de hierro y litio (LFP) como material activo de electrodo positivo y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp y aglutinante fue de 96:0,5:3,5.
[Ejemplo de preparación II-10]
Se obtuvo una segunda celda de batería II-10 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usó fosfato de hierro y litio (LFP) como material activo de electrodo positivo, se usaron negro de humo superconductor Sp y nanotubo de carbono (CNT) como agente conductor y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp, nanotubos de carbono y aglutinante fue de 96:1:0,9:2,1.
[Ejemplo de preparación II-11]
Se obtuvo una segunda celda de batería II-11 de la misma manera que en el Ejemplo de Preparación I-1, excepto que se usó fosfato de hierro y litio (LFP) como material activo de electrodo positivo, se usaron negro de humo superconductor Sp y nanotubo de carbono (CNT) como agente conductor y la relación de masa del material activo de electrodo positivo, negro de humo superconductor Sp, nanotubos de carbono y aglutinante fue de 96:1:0,8:2,2.(2) Empaquetado del paquete de baterías
[Ejemplo 1]
La primera celda de batería I-1 se dispuso en una primera región R1, y la segunda celda de batería II-1 se dispuso en una segunda región R2, y se ensambló un paquete de baterías.
El número de las primeras celdas de batería I-1 en la primera región R1 representó el 100 % del número total de celdas de batería en la primera región R1, y el número de las segundas celdas de batería II-1 en la segunda región R2 representó el 100 % del número total de celdas de batería en la segunda región R2.
[Ejemplo 2]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la primera celda de batería I-2 se utilizó en lugar de la primera celda de batería I-1.
[Ejemplo 3]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la primera celda de batería I-3 se utilizó en lugar de la primera celda de batería I-1.
[Ejemplo 4]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la primera celda de batería I-4 se utilizó en lugar de la primera celda de batería I-1.
[Ejemplo 5]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la primera celda de batería I-5 se utilizó en lugar de la primera celda de batería I-1.
[Ejemplo 6]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la primera celda de batería I-3 se utilizó en lugar de la primera celda de batería I-1 y la segunda celda de batería II-8 se utilizó en lugar de la segunda celda de batería II-1.
[Ejemplo 7]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la primera celda de batería I-6 se utilizó en lugar de la primera celda de batería I-1 y la segunda celda de batería II-2 se utilizó en lugar de la segunda celda de batería II-1.
[Ejemplo 8]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la primera celda de batería I-7 se utilizó en lugar de la primera celda de batería I-1 y la segunda celda de batería II-4 se utilizó en lugar de la segunda celda de batería II-1.
[Ejemplo 9]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la primera celda de batería I- 8 se utilizó en lugar de la primera celda de batería I-1 y la segunda celda de batería II-5 se utilizó en lugar de la segunda celda de batería II-1.
[Ejemplo 10]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la primera celda de batería II- 4 se utilizó en lugar de la primera celda de batería I-1 y la segunda celda de batería II-6 se utilizó en lugar de la segunda celda de batería II-1.
[Ejemplo 11]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la primera celda de batería I-6 se utilizó en lugar de la primera celda de batería I-1 y la segunda celda de batería II-7 se utilizó en lugar de la segunda celda de batería II-1.
[Ejemplo 12]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la primera celda de batería I-2 se utilizó en lugar de la primera celda de batería I-1, la segunda celda de batería II-3 se utilizó en lugar de la segunda celda de batería II-1, y el número de las primeras celdas de batería I-2 en la primera región R1 representó el 10 % del número total de celdas de batería en la primera región R1 (el 90 % restante de las celdas de batería en la primera región R1 fueron las segundas celdas de batería II-3).
[Ejemplo 13]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 12, excepto que el número de las primeras celdas de batería I-2 en la primera región R1 representaba el 30 % del número total de celdas de batería en la primera región R1 (el 70 % restante de las celdas de batería en la primera región R1 eran las segundas celdas de batería II-3).
[Ejemplo 14]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 12, excepto que el número de las primeras celdas de batería I-2 en la primera región R1 representaba el 40 % del número total de celdas de batería en la primera región R1 (el 60 % restante de las celdas de batería en la primera región R1 eran las segundas celdas de batería II-3).
[Ejemplo 15]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 12, excepto que el número de las primeras celdas de batería I-2 en la primera región R1 representaba el 60 % del número total de celdas de batería en la primera región R1 (el 40 % restante de las celdas de batería en la primera región R1 eran las segundas celdas de batería II-3).
[Ejemplo 16]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 12, excepto que el número de las primeras celdas de batería I-2 en la primera región R1 representaba el 80 % del número total de celdas de batería en la primera región R1 (el 20 % restante de las celdas de batería en la primera región R1 eran las segundas celdas de batería II-3).
[Ejemplo 17]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 12, excepto que el número de las primeras celdas de batería I-2 en la primera región R1 representaba el 100 % del número total de celdas de batería en la primera región R1.
[Ejemplo comparativo 1]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la primera celda de batería I-9 se utilizó en lugar de la primera celda de batería I-1.
[Ejemplo comparativo 2]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la primera celda de batería I-11 se utilizó en lugar de la primera celda de batería I-1 y la segunda celda de batería II-10 se utilizó en lugar de la segunda celda de batería II-1.
[Ejemplo comparativo 3]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la primera celda de batería I-10 se utilizó en lugar de la primera celda de batería I-1 y la segunda celda de batería II-11 se utilizó en lugar de la segunda celda de batería II-1.
[Ejemplo comparativo 4]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la primera celda de batería I-5 se utilizó en lugar de la primera celda de batería I-1 y la segunda celda de batería II-9 se utilizó en lugar de la segunda celda de batería II-1.
[Ejemplo comparativo 5]
Se ensambló un paquete de baterías de la misma manera que en el Ejemplo 12, excepto que el número de las primeras celdas de batería I-2 en la primera región R1 representaba el 8 % del número total de celdas de batería en la primera región R1 (el 92 % restante de las celdas de batería en la primera región R1 eran las segundas celdas de batería II-3).
(3) Resultados de la prueba de rendimiento de la celda de batería y el paquete de baterías
1. Resultados de la prueba de rendimiento de la celda de batería
Se midieron diversos parámetros de rendimiento de las primeras celdas de batería I-1 a I-11 mediante el método anterior, y se muestran en la Tabla 1 junto con las composiciones de electrodos positivos de las primeras celdas de batería I-1 a I-11.
T l 1 m i i n l r iiv r m r r n imi n l rim r l rí
Además, se midieron diversos parámetros de rendimiento de las segundas celdas de batería II-1 a II-11 usando el método anterior, y se muestran en la Tabla 2 junto con las composiciones de electrodo positivo de las segundas celdas de batería II-1 a II-11.
T l 2 m i i n l r iiv r m r r n imi n l n l rí
2. Resultados de la prueba de rendimiento del paquete de baterías
Para los paquetes de baterías de los Ejemplos 1 a 17 y los Ejemplos comparativos 1 a 5, las energías de descarga total (KWh) a -20 °C se midieron respectivamente mediante un probador de baterías de alimentación Xinwei (modelo BTS-5V300A-4CH), y la energía de descarga total (KWh) a -20 °C se dividió por la energía de descarga total del paquete de baterías a 25 °C, para calcular la tasa de retención de energía total (%) del paquete de baterías a -20 °C.
La energía de descarga total (KWh) a -20 °C y la tasa de retención de energía total (%) a -20 °C de los paquetes de baterías de los Ejemplos 1 a 17 y los Ejemplos comparativos 1 a 5 se muestran en la Tabla 3 y la Tabla 4 junto con la primera celda de batería y la segunda celda de batería usada en cada paquete de baterías y sus parámetros relevantes.
Tabla 3 Composición y parámetros de rendimiento de paquetes de baterías de ejemplos y ejemplos comparativos
Tabla 4 Relación entre la proporción por número de primeras celdas de batería en la primera región y el rendimiento a baja temperatura del paquete de baterías
(4) Comparación de los resultados de la prueba de ejemplos y ejemplos comparativos
De acuerdo con los resultados de la Tabla 3 anterior, se puede observar que en el caso de dividir el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías en una primera región con una tasa de cambio de temperatura de K1 (0,066<K1 <0,131) y una segunda región con una tasa de cambio de temperatura de K2 (0,034<K2<0,066) en los Ejemplos 1 a 17 en los que se satisfacen 1<E1/E2<1,5 y 0,95<ET/E2'<1,67 (E<1>, E<2>, E<1>' y E<2>' se expresan en Wh), la tasa total de retención de energía del paquete de baterías a -20 °C alcanza el 82 % o más, lo que ha logrado excelentes resultados.
En los ejemplos comparativos 1 a 4, E<1>/E<2>y E<1>VE<2>' no satisfacen la relación anterior, y la tasa de retención de energía total del paquete de baterías a -20 °C es de solo 65 % a 75 %, sin ninguna mejora eficaz.
Además, de acuerdo con los resultados de la Tabla 4 anterior, se puede observar que cuando la relación entre el número de primeras celdas de batería en la primera región y el número total de celdas de batería en la primera región es del 10 % o más, se puede obtener el efecto de la presente invención, y cuanto mayor sea la proporción por número de las primeras celdas de batería, mayor será la tasa de retención de energía total del paquete de baterías a -20 °C, y más significativo será el efecto de la presente invención.
En el Ejemplo Comparativo 5, la proporción por número de primeras celdas de batería en la primera región representa menos de un 10 %, y no se puede obtener el efecto de la presente invención.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un paquete de baterías (1), que comprende una cavidad del paquete de baterías y una pluralidad de celdas de batería (5, 6) recibidas en la cavidad del paquete de baterías,
en donde un espacio interior de la cavidad del paquete de baterías se divide en una primera región (R1) con una tasa de cambio de temperatura de K1 y una segunda región (R2) con una tasa de cambio de temperatura de K2, donde 0,066<K1 <0,131 y 0,034<K2<0,066, expresados K1 y K2 en °C/min;
la pluralidad de celdas de batería (5, 6) comprende: al menos una primera celda de batería (5) dispuesta en la primera región (R1); y al menos una segunda celda de batería dispuesta en la segunda región (R2);
y las energías de descarga completa de la primera celda de batería (5) y la segunda celda de batería (6) cuando están a 25 °C son E<1>y E<2>, respectivamente, y las energías de descarga completa de la primera celda de batería (5) y la segunda celda de batería (6) cuando están a -20 °C son E<1>' y E<2>' respectivamente, expresándose E<1>, E<2>, E<1>' y E<2>' en Wh, en donde 1,05<E1/E2<1,45 y 0,97<E1'/E2'<1,41.
2. El paquete de baterías (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde,
E<1>VE<1>es de un 70 % a un 95 % y E<2>'/E<2>es de un 65 % a un 97 %.
3. El paquete de baterías (1) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde,
E<1>VE<1>es de un 74 % a un 90 % y E<2>VE<2>es de un 70 % a un 85 %.
4. El paquete de baterías (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde,
el número de las primeras celdas de batería (5) en la primera región (R1) representa un 10 % o más del número total de celdas de batería (5, 6) en la primera región (R1), opcionalmente un 30 % o más, además opcionalmente un 50 % o más, y aún más opcionalmente un 80 % o más.
5. El paquete de baterías (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde,
el número de las segundas celdas de batería (6) en la segunda región (R2) representa un 50 % o más del número total de celdas de batería (5, 6) en la segunda región (R2), además opcionalmente un 80 % o más.
6. El paquete de baterías (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde,
la primera región (R1) está ubicada en el lado más exterior en el espacio interior de la cavidad del paquete de baterías, y la segunda región (R2) está ubicada en el lado interior en la cavidad del paquete de baterías con relación a la primera región (R1).
7. El paquete de baterías (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde,
la relación entre el volumen de la primera región (R1) y el volumen del espacio interior de la cavidad del paquete de baterías es de un 50 % o menos, opcionalmente de un 40 % o menos, y además opcionalmente de un 30 % o menos.
8. El paquete de baterías (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde,
la primera celda de batería (5) y la segunda celda de batería (6) son celdas de batería (5, 6) del mismo sistema químico con el mismo material de electrodo positivo, material de electrodo negativo y electrolito.
9. El paquete de baterías (1) de acuerdo con la reivindicación 8, en donde,
la primera celda de batería (5) y la segunda celda de batería (6) son baterías ternarias, baterías de manganato y litio, baterías de fosfato de hierro y litio, baterías de iones de sodio o baterías de metal y litio.
10. El paquete de baterías (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde,
la primera celda de batería (5) y la segunda celda de batería (6) son celdas de batería (5, 6) de diferentes sistemas químicos en los que al menos uno de un material de electrodo positivo, un material de electrodo negativo y un electrolito es diferente.
11. El paquete de baterías (1) de acuerdo con la reivindicación 10, en donde,
el material activo de electrodo positivo de la primera celda de batería (5) es diferente del material activo de electrodo positivo de la segunda celda de batería (6), y la capacidad en gramos del material activo de electrodo positivo de la primera celda de batería (5) es de 1,2 a 1,5 veces la capacidad en gramos del material activo de electrodo positivo de la segunda celda de batería (6).
12. El paquete de baterías (1) de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, en donde,
la primera celda de batería (5) es una batería ternaria, y la segunda celda de batería (6) es una batería de manganato y litio o una batería de fosfato de hierro y litio.
13. Un dispositivo consumidor de energía que comprende el paquete de baterías (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
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