TW475285B - Method and apparatus for characterizing high-energy electrochemical cells using power functions obtained from calorimetry - Google Patents

Description

475285 A7 B7 五、發明說明（1 ) 發明範疇 本發明一般係關於高能量電化學電池，例如以鋰爲主的 電池，其它次級電池，及由以上材料所構成的電池。更特 定而言，本發明係關於系統與方法，其用以特徵化電化學 電池，並根據由自量熱法所得到的功率函數，進行預測這 種電池對於熱能，機械或電氣式侵擾的反應。 發明背景 可充電電池目前係用於供給電力給許多的攜帶式電子裝 置，包含例如膝上型電腦，行動電話，相機，及個人記事 本等。由於更廣泛地使用行動裝置，因此對電池製造商有 更大的要求來提供高功率的電池，並能夠安全地及廣泛地 用於消費及工業應用。爲了使尺寸及重量最小化，通常使 用高能量密度的電池技術。這種技術的較大的版本，例如 可用於複合式或全電子式的汽車。高能量密度電池儲存了 相對於小體積的大量能源。如果此能量被快速地釋放並以 一未受控制的方式，然而仍有可能逸出熱能而牽涉到安全 性的考量。 鋰離子及鋰離子聚合物電池（在下面的討論中皆稱爲鋰 離子電池），例如可以呈現出所有環境溫度可充電電池技 術的最大的能量密度。鋰離子電池係經過詳細的工程過程 而能夠符合許多的安全測試標準，例如包含UL-1642 (Underwriters Laboratories) ， 及 IEC-61960 (International Electrotechnical Commission)標準。由這些標準所定義的測 試包含烤爐烘烤，短路，強制過電壓，強制放電，電擊及 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ, 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Φ • an n n ϋ 1_1 —^· 一 H» ί .ϋ ϋ tame n 1 1 ·ϋ n H ϋ· .1 ϋ ϋ ^1 ϋ ( I— ΙΑ1 ϊ II 1 ^ ^1 ^1 ί n *^1 n _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 475285 A7 B7 五、發明說明（2 ) 振動。其它所提出的測試包含釘狀穿透測試。有需要使由 這種電池所構建的電池能夠不發射煙霧或火燄，其係在接 受到關於上述測試的熱能，電子，及機械應力。 除了鋰離子電池在放電時所能提供的電能，這些及其它 種高能量電池也可因爲電極材料與電解質的反應而發出大 量的熱量。例如將一電池短路期間，電池的電能及化學熱 量係由於在電池中電極/電解質反應所放射出來。如果這 些熱功率的總和大於能夠由電池傳送到環境中的功率時， 將發生熱量的逸出。 UL及IEC烤爐曝露測試探測電極/電解質反應的承受 度。這些反應在電池完全充飽時是最爲嚴苛的。根據這些 烤爐曝露測試，一完全充電的電池係放置在一烤爐中，並 曝露在150 °C (UL)或130 °C (IEC)的溫度中一段預定的時 間。在測試中通常不會有電池短路，而電池溫度會提高到 超過烤爐溫度，而達到由電極/電解質反應所產生的功率 相等於能夠傳送到環境的功率。但是，如果前者一直大於 後者，則會發生熱量逸出。其應注意的是，雖然消費者不 會在像是烤爐中那樣的高溫下來使用電池，在電池外殼中 也可能會超過85 °C，該外殼並未經過良好的隔熱。如果 電極/電解質的反應在該溫度下有效地進行，隔熱的電池 也會存在熱量逸出。 由電極/電解質反應所產生的整體功率（在一特定的條件 下），係正比於電池的總體積。意即，如果兩個電池具有 相同的化學成分，及相同的細部結構與相同的充電歷史， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --·--------------·-----訂 j-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4/^285

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3 ) 但一個電池爲另/個電池的兩倍體積，較大的電池將因爲 在升高的溫度下的電~質/電極反應，會比較小者釋放出 兩倍的功率。但是，能夠被傳送到環境中的功率係正比於 電池表面面積。因此，可預期電池表面面積與體積的比例 必須最大化，而可使電池安全性最佳化。因爲製造電池的 限制或包覆電池之中一裝置的實體尺寸等限制，以上的方 式並不都適用。 依前所述，其可瞭解到電池設計者正面對一個複雜的工 作。電池設計者通常被要求使電池的效能，電池能量密 度’及電池的安全性说夠取大化。但是設計上若使能量密 度最大化，卻不别於安全性。設計改變電池形狀及電池尺 寸也會影響安全性。對於電極材料及電解質的選擇，則影 響到效能及安全性。 基本上，没计者说夠依據由實驗性電池所收集到的資料 而得的設計而簡化電池效能與能量密度的估計。但是，目 如爲止仍不能根據實驗性的尺寸所得到的測試結果來可靠 地預測實際電池的安全性測試結果（例如完整的消費者電 池）°爲了發展可靠的安全性研究，有必要將一可能的產 品以實際的電池硬體的雛型構成，並配合嚴格的測試。再 者’爲了適當地構建用於安全性測試及評估的離型電池， 必須生產大虽的電極材料。習用的電池設計及研發技術基 本上需要生產10公斤或更多的可用的樣本電極材料。對 那些本技藝的專業人士而言可以瞭解，對於電化學電池的 設計，研發及測試等，特別是那些具有一顧客化及非工業 ir-------------4 訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • 6 -

A7 五、發明說明（4 ) 標準的架構，若使用習用的方法將會特別地耗時及昂貴。 因此對於電池製造業有需要一種系統及方法能夠協助以 同技術設計電化學電池，而需要生產小量的樣本電極材 料。並存在有對於這樣的系统及方法的另—個需要是，爲 I完整地評估-給定的電池設計的安全性，必須降低目前 而要構建全尺寸的電池離型的需求。而本發明可以滿足這 些以及其它的需要。 發明概述 本發明係揭示用於特徵化電化學組件的方法及裝置，並 用以特徵化-電化學電池對於一特定的運作條件的反應。 裉據本發明的—具體實施例，特徵化電化學組件牵涉到製 備一電極材料的樣本來與—電解質接觸。利用自量熱技 術，對相樣本可以得到自我加熱，功率-溫度，或功率_ 時間資料，例如使用—加速度自量熱技術，或是-差里掃 ^自量熱技術。爲獲致自我加熱賴，舉例而言，在實際 、S’’’、的反應中’可得到樣本之溫度對於時間的資料。’、 拉功率函數係利用自我加熱，功率-溫度或功率-時間的 2而針對樣本發展出來。功率函數代表了該樣本的單位 Π::功率，並以溫度及從樣本電極材料及電解質反應 中所剩餘的反應物數量爲函數。 一般而言’製備電解材料樣本牽涉到使用少於約10 =極材料的樣本。根據-具體實施例，製備電極材料； v到使用在約1克及約1G克之間的電極材料來製備 “。在另-具體實施例中，製備該電極材料樣本牵涉到 本紙張尺度適財S @家標準（L'NS)A4規格（21^ 297公釐）、 A7 A7 B7 、發明說明（ 口毛克到約1克〈間的電極材料來製備該樣本。爲 :自量熱技術’其可做爲使用十億分之—克的電極材料 電極材料樣本之功率函數的發展。該電極材料可以 疋陰極材料或一陽極材料。而該電極材料可包含鐘。 根據另-具體實施例，特徵化電化學電池組件包含製備 -陰極材料的一第一樣本而與電解質接觸，並製備一陽極 材料的-第二樣本與電解質接觸。第一及第二自我加熱， 功率^度’或功率-時間資料係分別由該第一及第二樣本 中取仔#係藉由自量熱技術。一用於第一樣本的第一功 率：數及用於第-樣本的第二功率函數係分別使用該第-及第一自我加熱，功率_溫度或功率-時間資料所發展出 來。該第一功率函數係特徵化該陽極材料及電解質之間的 反應^而以每單位重量的陽極樣本材料的熱功率爲函數， 以及第二功率函數係特徵化該陰極材料及電解質之間的反 應而乂單U重里的陰極樣本材料的熱功率爲函數。 要製備茲第一樣本基本上牽涉到使用少於約100克的陰 極材料來製備該第一樣本，6製備該第二樣本則基本上牽 涉到使用少於、約100 i的陽極材料來製備該第二樣本。根 據一具體實施例，製備該第一樣本牽涉到使用約、到10 克I間的陰梃材料來製備該第一樣本，而製備該第二樣本 則牽涉到使用約1到10克之間的陽極材料來製備該第二 樣本。在另一具體實施例中，製備該第一樣本牽涉到使用 約1毫克到約1克的陰極材料來製備該第一樣本，而製備 該第二樣本則牽涉到使用約i毫克到約i克的陽極材料來 --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 句_ ---------線 — 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^/^285

N發明說明（6 製備該第二樣本。該陰極與陽極材料個別皆可包含鋰。所 使用的自量熱技術可以是一加速度自量熱技術，或是一差 異掃描自量熱技術。 1 根據本發明的另一具體實施例，特徵化一電化學電池牽 涉到定義一個或多個電化學電池的物理參數。此處提出了 一罘一功率函數，以每單位重量的陰極材料的熱功率來特 徵化一陰極與電解質之間的反應。同時也提出一第二功率 函數，其以每單位重量的陽極材料的熱功率來特徵化一陽 極與電解質之間的反應。該電池對於一特定運作條件的反 應係使用该第一及第二功率函數，以及該電化學電池的物 理參數來預測。在一具體實施例中，此方法中的特徵化電 化學電池係使用一電腦及電腦上的使用者介面來實施。 足義黾池的個(或多個物理參數另會牽涉到調整該電池 的物理參數。在此例中，對該電池的反應預測牽涉到使用 琢第一及第二功率函數，及該電池的經調整過的物理參 數，進行電池反應的預測。 該電池的一個或多個物理參數之定義，另也牽涉到接收 代表該電池的物理參數的使用者輸入資料。接收使用者資 料另可牽涉到將相關於每個電池的物理參數的輸入欄位呈 現給使用者，並由每個輸入攔位中接收來自使用者的輸入 資料。定義一個或多個電池的物理參數也可牽涉到以電子 方式來接收該電池的物理參數，例如來自一外部的本地或 遠端的主控處理器。 足義一個或多假電池的物理參數另可牽涉到定義每個電 .丨丨.----------曠—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 幻-.I--------線重| 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 --I n I I I ϋ ϋ*

五、發明說明（7 ) 池之陽極與陰極的—個或多個物理參數。定義每個電池之 陽極與陰極的物理參數另可牽涉到調整陽極與陰極兩者或 其中的物理參數。在此例中預測該電池的反應另牵涉 到使用該第-及第二功率函數來預測電池的反應，及該陽 極與陰極兩者或其中之一經調整過的物理參數。 斤和疋的運作條件’例如，可包含恆定的或變化的週遭 溫度的條件，及施加一值定或變化的電流到電池上，將— 外π短路連接到此電池的條件，或是在電池内部的一短路 條件。 、根據本發明的另一具體實施例，一用以特徵化一電化學 電池的系統係包含一處理器，及結合到處理器的一使用者 介面。該使用者介面包含_輸人裝置，由_使用者用來輸 入一個或多個該電化學電池的物理參數。該系統另可包含 吾己憶體而結合到該處理器。該記憶體儲存一陰極功率函 數，用於以每單位重量的熱功率來特徵化一陰極與一電解 質之間的反應，並且另外儲存了一陽極功率函數，用2以 每單位重量的熱功率來特徵化一陽極與一電解質之間的反 應。該處理器係利用該陰極與陽極功率函數及該電化學電 池的物理參數，來計算一電化學電池對於一特定的運作條 件的反應。 卞 该輸入裝置另由該使用者操作來輸入該電池的—陽極與 一陰極的物理參數。根據此具體實施例，該處理器會使用 該陰極與陽極功率函數及該使用者所輸入的該電化學電池 的该陽極與陰極的物理參數，來計算該電化學電池對於一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 475285 A7 B7 五、發明說明（8 ) 特定操作條件的反應。該輸入裝置亦可由使用者操作來調 整該電池的物理參數，而該處理器另會使用該陰極與陽極 功率函數，及經調整過的該電化學電池的物理參數來計算 該電化學電池對於一指定的操作條件之反應。一使用者也 可使用輸入裝置來調整該電池的一陽極與一陰極的物理參 數，並且處理器使用陰極以及陽極功率因數以及調整過的 電化學電池陽極與陰極之物理參數，計算電化學電池對於 特定操作情況的反應。 該系統另包含一顯示器。該輸入裝置係由使用者用來將 該電化學電池的物理參數輸入到顯示在顯示器上的輸入欄 位。該電化學電池的一陽極與陰極的物理參數也可利用該 輸入裝置而被輸入到呈現在顯示器上的輸入攔位。該系統 另可包含一結合到該處理器的一熱量計系統。此熱量計系 統可包含一加速度熱量計或一差異掃描熱量計。 該系統的記憶體可設置在靠近處理器，遠離該處理器， 或是分散在相鄰及/或遠離該處理器的地方。該記憶體儲 存了該陽極與陰極的功率函數，舉例而言，其可部份或完 全地遠離該處理器。其所發展用於數個電極/電解質組合 的功率函數可以儲存在一資料庫或是函式庫中。功率函數 及功率函數的函式庫可經由一網路連接來存取。 根據本發明的另一具體實施例而特徵化電化學電池組 件，其牽涉到定義一個或多個電化學電池的物理參數，及 藉由定義一第一功率函數，而以每單位重量的陰極材料的 熱功率來特徵化一陰極與電解質之間的反應。一以單位重 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） .—·-------------·----JtTi--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 475285

五、發明說明（9 ) 量的陽極材料爲函數的一陽極與該電解質之間的反應，也 藉由定義一第二功率函數進行特徵化。該電池對於一特定 運作條件的反應係使用該第一及第二功率函數，及該電化 學電池的物理參數進行估計。 根據此具體實施例所特徵化個別的陰極/電解質及陽極/ 電解質反應，其牵涉到假設一自動催化反應機制而對個別 的反應進行模型化。第一功率函數，Pc，係關於陰極/電 解質反應者，可由下式進行特徵化： duldtdTidt k(l-u)(y0+u05) C'tot dt

Pc = H du/dt .—·-----------1^11^---·-----τ 訂— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中，u代表無單位的轉換分數度，k代表一由 k=7 exp(-Ea/kbT) , γ，代表一頻率因子，以分鐘-1爲單位， -^a 代表催化能量，kb代表Boltzmann常數，T代表電池的溫 度，β代表自動催化的無單位參數，h表示在以焦耳爲函 數表示的反應中，一陰極樣本所發出的總熱量，Gw代表 反應物的總熱容量，及一以J/K爲單爲的一樣本熱量計炸 彈’及Η代表每克陰極材料在陰極/電解質反應所產生的 總熱量。 咸第二功率函數，Pa，關於添加鋰的破陽極/電解質反 應，可由下式特徵化： -12- [13]475285 A7 B7 五、發明說明（l〇 ) dx2 dxt dt dt H2 其中 令= —，2exp 乂τχ2°.5 [14] 及 dx3 ~dT 竺L: dt dxx _ dx2 "dt dT E,/ ^exp ^]〇Ίχι exp ~^^30+^20^+^^10_^ ^^^0+^20) [16] [15] ---一'------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中，xi代表在LixC0中所量測到種類i的鋰的量，而& 爲種類2的鋰之量，其係每六個碳原子爲基礎所量測，而 々爲種類3的鋰之量，其係每六個碳原子爲基礎所量測， χ10 ’ X2〇及X3〇爲在電化學放電之後’而在加熱之前的裡的 初始量，E!及E2爲催化能量，而γι及γ2爲頻率因子，f爲 比例常數，其控制了當種類1的鋰轉換到種類3的鋰時， 在竣表面之反應產物的成長速度，而及H2爲分別根據 變化量Δχρ-Ι及Δχ2=-1之每克碳的熱量。 對陰極/電解質反應的特徵化係牽涉到使用少於約100克 的陰極材料進行特徵化該陰極/電解質反應，特徵化陽極/ 電解質反應則會牽涉到使用少於約1〇0克的陽極材料所特 徵化的陽極/電解質反應。根據一具體實施例，特徵化該 -13- 各紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 訂j--------線1#--------------------- 475285

陰極/電解質反應，係牽涉到使用約1到10克的陰接材料 做特徵化陰極/電解質反應，而且特徵化該陽極/電解質反 應，則牽涉到使用約1到10克的陽極材料來進行特徵化 該陽極/電解質反應。在另一具體實施例中，特徵化陰極/ 電解質反應牵涉到使用約1毫克到約丨克的陰極材料來特 徵化該陰極/電解質反應，而特徵化該陽極/電解質反應牽 涉到使用約1毫克到約i克的陽極材料來特徵化該陽極/ 電解質反應。該陰極與陽極材料皆包含有鋰。 特徵化该第一及第二功率函數會牵涉到要取得溫度對於 時間的資料，功率對於溫度資料，或是功率對於時間資 料，其係針對於每個陰極/電解質，及陽極/電解質反應。 咸第及第一功率函數最好是使用自量熱技術來特徵化， 例如一加速度自量熱技術，或一差異掃描自量熱技術。該 特定的操作條件可牽㈣_ t互定的或變化的料溫度條 件，施加給電池的一恆定電流或變動電流的條件，一外部 連接到電池的短路條件，或是電池内部的短路條件。 根據另一個具體實施例，其提出了 一電腦可讀取媒體包 含了程式指令，用於特徵化電化學電池組件"亥電腦媒體 包含由一處理器執行的程式指令，並以藉由定義一第一功 率函數的單位重量的陽極材料的熱功率來特徵化一陰極與 -電解質之間的反應，纟另藉由定義_第：功率函數的單 位重量的陰極材料的熱功率來特徵化一陽極與一電解質之 間的反應。由處理器可執行的程式指令另用於定義一個或 多個電化學電池的物理參數，並利用電化學電池的該第一 1 _ - 14- 張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑽χ挪公楚） IL----------Φ — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 --------^ 1^--------.---1-__________ 475285 A7

五、發明說明（I2 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 及第二功率函數及該物理參數來預測該電池對於一特定的 運作條件的反應。 根據此具體實施例，特徵化個別陰極/電解質，及陽極/ 電解質反應，牽涉到以假設一自動催化反應機制來對個別 的反應做特徵化。該第一功率函數，Pc，相關於該陰極/ 電解質反應，及該第二功率函數，Pa，關於該陽極/電解 質反應，皆可使用上述的等式來分別地計算。 足義j龟池的一個或多個物理參數另會牽涉到調整該電 池的物理參數，而預測該電池的反應，另會牵涉到使用該 第一及第二功率函數，及經調整過的電池的物理參數來預 測4卷池的反應。足義该電池的一個或多個物理參數也會 牽涉到接收代表該電池的物理參數的使用者輸入資料。接 收使用者輸入資料另可牵涉到將一關於每個電池物理參數 的輸入欄位呈現給使用者，並從每個輸入攔位中接收來自 使用者的輸入資料。定義一個或多個該電池的物理參數另 可牽涉到電子式地接收該電池的物理參數。 個或多個該電池的物理參數可對該電池的每個陽極及 陰極來加以定義。定義該電池的每個陽極與陰極的物理參 數可牽涉到調整陽極與陰極兩者或其中之一的物理參數， 並使用該第一及第二功率函數及經調整過的該陽極與陰極 兩者或其中之一的物理參數，來預測該電池的反應。該特 定的運作條件可牽涉到一恆定的或變化的周遭溫度條件， 施加給電池的一恆定電流或變動電流的條件，一外部連接 到電池的短路條件，或是電池内部的短路條件。 -15 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------------·-----••訂 ---------線—^Γ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以上本發明的總結並不， ^ ^ ^ ^ 用來沉明本發明的每個具體實 去對本發明的好處及成就，以及更詳 細的瞭解，將可藉由下述誣 、砰細的說明及申請專利範圍，並 配合所附圖面，而可更加清楚。 圖式簡單說明 圖1所示爲根據本發明 〇原理的一加速熱量計的細部 圖，其可用來決定電化輋♦ 予，池的自我加熱程度，而可得到 熱功率； 圖2所TF爲根據本發明的—具體實施例之—硬幣電池的 〜構圖其用於準備加速度熱量計試驗的碳電極； 圖3所示爲根據本發明的一具體實施例之一鋰離子硬幣 私池的〜構圖，其用於準備加速度熱量計樣本的 LixCo〇2 ; 圖4所不爲根據本發明的一具體實施例之溫度對於時間 資料的圖形’其係使用一 LixC〇〇2/電解質樣本之一加速度 熱量計試驗； 圖5所示爲根據本發明的一具體實施例之自我加熱速率 對於溫度的自然對數圖形，其係在電解質中使用一

LixCo〇2 (4.2V)，並加熱到不同的初期開始溫度之加速度熱 量計試驗；‘ 圖6A-6E所示爲根據本發明的一具體實施例中，自我加 熱速度對於溫度的自然對數圖形，其係對一 LixCo〇2的加 速度熱量計試驗，分別加熱到（A) 150。(：，（B) 160 °C，（c) 170 °C，（D) 175 °C，及（E) 180 〇C。 -16. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐 i ! .----—1 ^· { I----- . (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4⑽5 A7

圖7A-7B局根據本發明的一具體實施例之電解質中鋰化 的mesocarbon microbeads (MCMB)之資料，其是在兩個不同 的啓始溫度而相較於以特定功率函數參數所計算的外形； 圖8所π爲根據本發明的一具體實施例之圓柱形電池的 橫剖面圖； 圖9所7F爲根據本發明的一具體實施例之棱柱形電池的 橫剖面圖； 圖10A-10B爲根據本發明的一具體實施例中，溫度對於 時間圖形，所π爲來自一第一製造商（製造商A)的電池之 計算出的，及量測的烤爐曝曬圖形之比較。 圖ΙΙΑ-iiB爲根據本發明的一具體實施例中，溫度對於 時間圖形，所示爲來自一第二製造商（製造商B)的電池之 計算出的’及量測的烤爐曝曬圖形之比較。 圖12所示爲一溫度對於時間的圖形，其係使用下表2 中的參數，以電池半徑爲函數之計算出的烤爐曝曬圖形 (150 °〇 ; 圖13所不爲根據本發明的原理之在一電腦系統顯示器 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上之一使用者介面螢幕的描述，而使用一電池模型化程式 進行使用者交談介面； 圖14所示爲根據本發明的一電池模型化程式具體實施 例之在一電腦系統顯示器上之一使用者介面螢幕的描述， 用於讓使用者輸入及調整不同的陰極參數； 圖15所示爲根據本發明的一電池模型化程式具體實施 例之在一電腦系統顯示器上之一使用者介面螢幕的描述， -17- 475285 A7 五、發明說明（15 ) 用於讓使用者輸入及調举τ n aa 士 】正不同的資料，而考慮加速度熱量 計的陰極計算； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖16所示爲根據本發明的 贫明的一電池模型化程式具體實施 例之在一電腦系統顯示器卜> a & ^ 杂上I~使用者介面螢幕的描述， 用於讓使用者輸入及調整石因丨 ^ ω ]正不冋的資料，而考慮差異掃描熱 量計的陰極計算； 圖17户斤示爲根據本發明的—電池模型化程式具體實施 例之在-電腦系統顯示器上之一使用者介面螢幕的描述， 用於讓使用者輸入及調整不同的資料，而考慮加速度熱量 計的陰極計算； 圖1δ所7F爲根據本發明的一電池模型化程式具體實施 例之在一電腦系統顯示器上之一使用者介面螢幕的描述， 用於使用者輸入及調整不同的電池參數； 圖19所示爲根據本發明的一電池模型化程式具體實施 例之在一電腦系統顯示器上之一使用者介面發幕的描述， 用於使用者輸入及剩整不同的電池參數，其具有一圓柱形 架構； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖20所示爲根據本發明的一電池模型化程式具體實施 例之在一電腦系統顯示器上之一使用者介面螢幕的描述， 用於使用者輪入及調整不同的電池參數，其具有一棱柱形 架構； 當本發明可應用於不同的修改及另一種形式，其中所顯 示的及圖面中的範例將在以下做詳細説明。但是’其可暸 解到此目的並不是要將本發明限制於所説明的特殊具體實 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 五、發明說明（ B7 16 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 施例。相反地，士 、 本發明是要包含所有的修正，等同原理，

及其它由所附φ ^土 I 明專利範圍所定義的本發明範圍内的另外 可行的方法。

不同具體實施例的詳細説明 在下述所示且㈣I ，、隨實施例的説明中，所附的圖面爲其中的 部份’而並φ缺丄 — /、〒、、-由圖示及不同具體實施例而可實施本發 〃可瞭解到也可使用其它的具體實施例，並在不背離 本發月的圍之下進行結構性及功能性的改變。 根據本發明的原理，高能量電化學電池，例如以鋰爲主 的電池，幾· u ;為性，電性及機械性侵擾的反應，使用經由 對於4解質中電接材料的自量熱研究所收集的試驗資料來 進订預測。在實驗電池中所進行的小量電極材料之加速度 自量熱法，或另外一種差異掃描自量熱試驗，可以用於得 到數予式，此處稱之爲，，功率函數"，用於以溫度爲函數的 該特殊電極/電解質配對，及化學反應歷史。一種發展來 用於一特殊電極材料的一功率函數，其係因爲電極/電解 貝反應而將電解質中每克的電極材料之熱功率，以溫度 及剩餘的反應物量的函數，進行特徵化。 對於電池的正極與負極之功率函數，該電池的熱傳導 =，該電池的熱容量，在電池中的電極重量，及電池表面 熱傳導率，係可用於準確地預測對不同安全性及效能試驗 i任意尺寸及形狀的電池的反應，例如一烤爐曝曬試驗。 私池對於一過電量試驗的反應需要上述的資料輸入，以及 在電池中所發散的電功率。在電池周圍之尺値絕緣的效應 IL----------φί — .,----1 -------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -19-

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 也可馬上地評估。所熟知的熱量等式1 Newton的冷卻 ^ : 口在此處所揭不的由發明者所發展出的等式及方 法論，皆係用於執行關於每嚷測試的計算。根據本發明原 理所實施的方法及裝置，對於電池設計者及電池包裝的設 十者將特;^有用，尤其是那些設計用於攜帶式電子裝置， 汽車，及備援電力模組的電池。 功率函數可針對許多種的電極/電解質組合來發展。這 些功率函數可安排來形成功率函數的函式庫，其可根據使 用者的需要而以許多不同的方法進行安排。功率函數及功 率Q數的函式庫可儲存在_永久儲存媒體上，或是組合式 的邏輯裝置（例如：非揮發性記憶體，像是快閃記憶體， 電性可抹除程式化唯讀記憶體（EEpR〇M)，閘極陣列等 等）。一電池設計者可由功率函數函式庫中，直接或間接 地選擇關於所選取電極/電解質組合之功率函數，所發展 的私池的效能及反應之模型。對於本技藝的專業人士而 言，可以立即瞭解到，根據本發明的原理，而使用以功率 函數爲主的模型化方法所設計的電池，所能得到實質上的 時間與成本的節省。 藉由另一個範例，由一電池設計者使用的一電腦系統， 可由位在鄰近或遠離設計者電腦系統之記憶體或其它處理 裝置中來存取功率函數及/或功率函數函式庫。一功率函 數函式庫或服務，可以做成由電池設計者來存取，而由其 中取得所選取的功率函數或功率函數函式庫。這樣的服務 可以有效地協助許多電池製造商的設計及製造的過程。例 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---.----1 --------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 475285

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如，-給定的電池製造商可以在設計及評估任意尺寸與形 狀的"虚擬"電池期間，可以對特定的電極材料/電解質組 3來存取及使用所建儿的功率函數，而不需要構建實際的 全尺寸的電池離型。 其可Uj爲了簡化及清楚的目的，本發明的角度將 主要參考叙離子電池做說明，其係用於代表任何的以裡爲 主的電池技術。本發明的方法及裝置也包含有用之物來克 服關於-具有非裡化學之電池的熱散逸的問題，例如一鎳 金數氫化勿，鎳鎘，鉛酸，或以硫化鈉爲主的化學作用 等。其可瞭解到，本發明的原理可應用到許多種的電池技 術，而不受限於此處所特別説明的那些電池(如鋰離子）。 在對於一特定電池化學作用來發展功率函數時，一樣本 電池係使用一給定的電極材料/電解質組合來發展。重要 地是’此樣本電池僅需要對—給定的電極材料/電解質組 合做-次的發展。由此範例電池’功率函數可由與樣本電 池相同的電極材料/電解質組合所製造的不同形狀及尺寸 的電池之不同特徵（例如熱性特徵）的特徵化來得到。很明 顯地，只有相當少量的樣本電池材料需要爲了發展功率函 數的目的而製造出來’而其可用於特徵化電池组件，其它 們對特定運作條件的反應（如U的溫度條件，一短路 條件，一超載條件，一釘子穿透條件等）。 如在發明背景中所説明的，習用的電池設計與研發技術 基本上需要生產可用的H)公斤或更多的樣本電極材料。 與習用方法很明顯的對比是，根據本發明，只需要少於約 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 鮝 ----π 訂--------- 線丨i -ϋ I n n n ·

本紙張尺度翻中國國家標準?CNS)A4規格⑽X 297公 4V5285 A7 五、發明說明（l9 ) 100克的樣本電極材料來發展功率函數 —a 数即可特徵化一給 疋的電極/電解質組合。在一較佳且， 肖江貫知例中，則需要 約1到10克之間的樣本電極材料。根據本發明的原理， 只需要進行-次的樣本電極材料製備。在完成對一特定電 極材料/電解質組合的功率函數之後， ^ it匕功率函數即可儲 存做爲未來之用。對於許多不同的電極材料/電解質的組 合之功率函數，皆可從這些小量的電極材料樣本來開發出 來。 請參考圖面，特別是圖i，所示爲一加速度熱量計(ARC) 100的一具體實施例，其根據本發明的原理，可以適用於 由所發展的功率函數來量測電化學電池樣本的自我加熱。 在圖1所示的加速度熱量計100，最初是由D〇wChemical 公所發展出來的一種裝置，但之後即由c〇lumbia Sdentific 來商品化，型號爲ARC-2000。此加速度熱量計1〇〇在一旦 偵測到一放熱反應後即保持樣本在絕熱的狀況，並量測以 時間爲函數的樣本溫度變化。 遠加速度熱量計100包含一基座罐102，及一上罐， 其可與基座罐102分離。該基座罐1〇2包含一鍍鎳的銅罐 104 ’其中一樣本炸彈，如圖1中一般即爲球形炸彈j 14， 當上部103安裝在基座罐1〇2時即安置於其中。外殼1〇4即 以絕緣體106包覆’並定義了三個加熱區，稱之爲頂部， 側邊及基座之加熱區，分別由加熱器H6，1〇8及11〇提 供。每個加熱區皆個別地加熱，並分別由Nicrosil/Nisil之 N型熱電偶118，114及112監視，每個皆是參考到一冰點 -22· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ___rill — — — — — — · I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------線— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 475285 A7

五、發明說明（) 的參考點。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 加速度熱量計100的罐102，103係位在一 i英吋厚的鋼 殼中，做爲萬一在試驗中爆炸的一種屏障。此殼也包含四 個微動開關（未示出）’在提供任何熱量給儀器之前皆必須 被按下。該樣本炸彈114及炸彈熱電偶120架構由於樣本 電池的反應材料的限制，而由圖1所示的架構進行修正， 其可由下述的範例來加以説明。修正後的炸彈1丨4係直接 安裝於一熱電偶120，而以魚鉤的方法懸吊於外殼1 〇 4的 中央。 該加速度熱量計100藉由將炸彈及外殼的溫度保持相等 所構成的絕熱環境中，來量測樣本的自我加熱，因此沒有 熱量流入或流出該樣本。雖然這些是由設計者所設定的想 法，實際上熱量計100會比樣本的溫度稍低，所以其並不 供應熱f給炸彈’而可得到準確的樣本自我加熱的外形。 熱量計100在分析中的溫度變化，△Τ(κ)，係與放熱過程 中釋放的熱能成正比，而特定反應所釋放的熱能由量Q(J) 係與反應物及炸彈的整體比熱Ctc^JK、’，及反應物與炸 彈的重量mtC)t(g)成正比。這些關係可組合成： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Q = CtotmtotAT， [1] 上面的等式[1]控制了所有在加速度熱量計100中所發生 的反應。等式[1]係等於樣本的整體熱容量CUJK1)乘以溫 度的變化。對於一多種成份的混合物，例如根據本發 -23· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 475285 A7 B7 五、發明說明（21 ) 明的一樣本電池，該混合物的整體熱容量係相等於個別熱 容量的總和，如下式所述：

Total Heat Capacity = Σ Individual Heat Capacities [2] C’t〇t = mt〇tCtot = [miCi [3 ] i 其中，mi爲組件i的重量，Q爲其比熱。藉由重新安排以 上的等式[1]，並求出溫度，以及對時間的微分，該反應 等式的自我加熱速率可以下式表示： dT/dt - dQ/dttmtotC^t]·1 [4] dQ/dt的大小即爲該樣本所發出的功率P (單位爲瓦特 W)。根據本發明，對於一特定樣本之電極材料，溫度及 條件所做之不同的自我加熱速率的變化，必須掌握來適當 地取得功率函數。 在適當的校正之後，加速度熱量計100能夠測定不同樣 本的自我加熱外形。該加速度熱量計1 〇〇在牽涉到加熱至 一預定的溫度之熱量-等待-搜尋（HWS)模式，並等待一設 定的時間而達到熱平衡，然後搜尋溫度增加大於或等於所 設定的敏感度（通常爲0.02 °C / min)。如果在搜尋時間之 後，該速率小於預先設定的敏感度，該加速度熱量計1〇〇 即可進行到下一個溫度步驟，而此HWS程序即會持續， -24- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 11.-------------·--------訂 --------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 A7

五、發明說明（22 ) 直到偵測到一放熱狀況，或是到達一停止溫度。如果偵測 到一放熱狀況，該加速度熱量計100即會藉由保持絕熱條 件來追蹤它，直到放熱完成。操作者能夠改變加熱速率， 以及在試驗運轉之設定中的等待及搜尋次數。 爲了研究發生在加速度熱量計100中的反應的運動學， 通常很有幫助的是使加速度熱量計樣本的溫度高於已知的 放熱開始狀態。初始的自我加熱速率係以開始溫度爲函數 來量測，並可用於取得重要的運動學參數，其將在下面做 詳細的討論。 對於一特殊樣本電池的製備將爲了圖示的目的來加以説 明。其可瞭解到，下面對於一樣本鋰離子電池的說明並不 構成對本發明原理的範圍及應用性，以及其它電極/電解 質組合的限制。根據下述範例具體實施例，製備了正極材 料LixCo〇2及負極材料LixC6，並對每個電極材料與一選定 的電解質加以組合，而由此建構了一樣本硬幣電池。然後 每個電極/電解質組合（例如：LixC〇〇2/電解質，及以心/ %解質）即會進行加速度自量熱試驗，由此而得到每個電 極/電解質組合的功率函數。 在此範例具體實施例的説明中，因爲充電了一鋰離子電 池，鋰原子即離開LixCo〇2正極，並進入負極的碳之中。 LixCo〇2及LixC0在電解質中反應。爲了檢視由每個電極所 產生的熱功率，其有必要建構加速度熱量計樣本，其只有 一個電極及電解質相接觸。往例皆是在實驗室的硬幣形式 的電池中完成，其係使用彈丸形狀電極來完成，如下述範 _ -25- 本紙張尺i適用中國國家標準(^)A4規格（21〇 χ挪公爱）--—^___一 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ♦ I 1 訂 --------線 --------·-----r----------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 475285 A7 ____B7 __ 五、發明說明（23 ) 例中之説明。 範例1 樣本電極係利用結合電極粉末，及重量7%的Super S carbon black (MMM carbon，Belgium)及 polyvinylidene difluoride (PVDF)黏合劑（9.5% 之 n-methyl-pyrrolidinone (NMP)，及 National Research Council of Canada (NRC)，Ottawa，Canada) o 此碳黑可保證在電極中所有顆粒之間的電性接觸，當此黏 合劑係用於保證可將電極保持在一起。然後即加入過量的 N-methyl pyrrolidinone來製造一泥漿。該泥梁被倒在一薄層 中，並在105 °C下乾燥來移除NMP。在乾燥之後，該粉末 即在灰泥中輕微地接地，然後即穿透過一 300 μιη的篩 網。此連續的程序對於碳及LiCo02會有不同，係分別參考 圖2及3來加以説明。 然後會將約300毫克的碳/黏合劑混合物放置在一不鏽鋼 模具中，並施力σ 2,000 psi (13.8 MPa)來產生1 mm的厚碳 錠。參考圖2，然後此碳錠1 3 4係放置在一電池外殼底部 132中，該電池130即在一充滿氬氣玻璃容器中加以組 合，如圖 2所示。電解質（1M LiPF6 EC:DEC 33:67 ， vol:vol，Mitsubishi Chemicals)，可加入到電極錠 134 中， 直到它完全濕透，然後兩個聚丙烯隔離劑136 (Celgard 2502, Celanese)則放置在濕錠134的頂部。四片的125 μιη厚的 箔（FMC) 140會加到一不鏽鋼網138的頂部，而可保證與所 有的鋰之完全的電性接觸。一不鏽鋼隔離器142被加到鋰 箔層140之上，而提供在該電池130的内容上的壓力。最 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） IL----------馕— — 丨·-----訂---------線"·" (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 475285 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（24) 後，该電池頂郅146 ，附著了聚丙烯填塞物丨44，而該電 池130即被捲起封閉，並與外界環境隔絕。 孩15 /碳電化學電池130可完全放電到0 V，直到在開路 下該電池的釋放電壓在24小時之後小於50 mV。然後， 孩電池130即可傳送到一充滿氬氣的玻璃容器，而用於加 速度熱量計樣本製備，其將在下面做詳細的説明。 範例2 請參考圖3中所示的電池W0，〇75克的LiCo02/黏合 劑/昆合物將放置在一不傭鋼模具中，並施加2〇〇〇 pSi (13.8 MPa)來產生一電極錠。碳（以上述方法所製）及鋰鈷氧化物 錠接著被傳送到該玻璃箱中，該電池如圖3中所示的方式 組合起來。首先，電解質（1M LiPF6 EC..DEC 33:67 ， vol:vol，Mitsubishi Chemicals)被加入到在外殼底部162的碳 電極164，直到其完全的濕透，然後即加入三個聚丙烯隔 離劑166到其頂部，並加入該麵鉛氧化物錠168。一外殼 頂邵172及填塞物170被加入到鋰鈷氧化物電極168 ，而 罐子162，172即被捲起封閉。 當電化學電池130， 160由玻璃箱中移除時，不鏽鋼標 籤即被點焊到外殼上，然後電池130，16〇即被連接到— 充電器系統。不同的試驗可應用到充電系統上的電池 130，160，來模擬不同的充電特性。在完成這些測試之 後，該電池130， I60及被傳送到一充滿氬氣的玻璃箱 中，並用於加速度熱量計樣本的製備。 加速度熱量計樣本則被包覆在焊接的不鏽鋼3〇4型的管 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） IL----------Am —.—ΙΊ --------------------1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 475285 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（25 ) 中。該管具有一 0.006英忖（0.152 mm)的壁厚，一 0.250英 吋（6.35 mm)直徑，及1.54英吋（39.1 mm)的長度。一以 0.001英叶厚度薄膜製成的不鏽鋼"口袋”，即以點焊方式 附著於該管的側邊。因爲樣本的濕度敏感性，即發展出一 種在一惰性氣體中來密封該管。鎢惰氣（TIG)焊接係用於 在玻璃箱中自行密封不鏽鋼管的末端。 該電化學電池130，160係在玻璃箱中被小心地分解， 並再得到錠134，164。濕的錠134，164係輕微地接地， 然後每個即被傳送到該加速度熱量計樣本炸彈，如先前圖 1中所示。該炸彈的一端先前即由鎢惰氣（TIG)焊接進行焊 接封閉。基本上，即會傳送350毫克（碳）或400毫克 (LiCo〇2)的濕電極，並以等量的電解質加入到炸彈。然 後，該炸彈即被捲起，最後是以TIG焊接封閉。該加速度 熱量計樣本係以類似魚鉤的方式而將不鏽鋼管的口袋懸掛 於熱電偶之上，並安裝在熱量計上.，正如前所述。然後該 熱量計即被密封，並進行試驗。 圖4对示爲一標準的溫度-時間資料18〇，用於在將一 LiCoCb樣本充電到4.2V，對應於麵濃度的一加速度熱量計 试驗。在溫度低於150 C時，自我加熱速率最初是高於 0.02 °C /min，所以該加速度熱量計即伴隨著在絕熱條件下 的放熱。當樣本自我加熱時’因爲反應速率會隨著溫度增 加而加速，自我加熱速率即會持續地增加。 爲了詳細地測定反應的運動學，很有用地是緣出自我加 熱速率的自然對數，In dT/dt對於τ的關係。圖5所示爲 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) ILIIHI —--I I -Hr — — — ! ^ ·111111! IAWI (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明說明（26

In dT/dt對於溫度的紝旲 口〜果，對於電解質中LixCo〇2中被初 加熱到不同的啓始涊泠 ，皿度一旦此種加速度熱量計的結果# 收集起來，即可得到該功圭？紅 果被 率θ數’將在此加以詳細説明。 一般而言’功率函數係針對個別的電極/電解質材科組 口來取仵特別疋’功率函數係使用加速度自量熱法或声 異掃描自量熱技術…旦取得了對於特定的電極/電解^ 材料组合的㈣函數，它們即儲料來做爲後續之用。習 用電池設計技術爲了評估-给定的設計，需要開發全尺寸 的電池離型，與其完全相反地是，根據本發明而由相對少 量的樣本電池電極材料所得到的功率函數，係用以對於盈 有任倚想要的尺寸，形狀，重量，外型及操作溫度特性的 類似的電極材料所構建的電池，進行特徵化及預測。 範例3 根據下面的範例，對於一特殊化合物的陰極之功率函數 將加以詳細地説明。本發明者已仔細地進行對於LixC〇〇2 及電解質之間的反應的加速度熱量計研究。請參考下列 述的樣本#1及樣本#2的兩個不同的樣本，其皆經過， 究，並發現到會顯示出類似的行爲。在兩例中，在電解質 中的LixCo〇2的反應可利用假設一自動催化反應機制的 式來準確地模型化。 爲了對4.2V下的電解質中的LixCo〇2電極材料的反應〜 型化，係假設了 一反應的路徑。在圖5中所示的試驗資料 提出了一可能的自動催化機制，其由於150 °C啓始溫度 加熱到160 °C的樣本的自我加熱速率，其會大於直接加 所 研 方 模 而 熱 IU----------φίί—!!^---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 >c 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 475285 A7 ____ B7_____ 五、發明說明（27 ) 到160 °C的相同樣本。同樣地，以16〇。(：啓始溫度而加熱 到170 C的樣本的自我加熱速率，其會大於直接加熱到 170 X：的相同樣本。這種行爲與文獻中所提出的目前產品 的反應的加速度相吻合（例如請參見T (}rewer ， jda，225, 165(1993))。用於立即樣本中來描 述自動催化模型的微分方程式爲： ^ = k(l-u)(yS + u05) [ 5 ] 其中，U爲無單位的轉換分數度數，k爲一反應速率常數 (k=Yexp(-Ea/kbT))，β爲自動催化的參數，而kb代表 Boltzmann常數。描述此自動催化過程的反應描述如下： B—^A + P [6] 其中’物質B在A的存在之下被轉換到產品p及a。 因此，當反應繼續進行時，因爲更多的A產品的存在而 增加了反應速率，然後當B反應物的量用完之後，反應速 率即降低。如果上式[5]中u=0，自動催化反應並未啓動， 而當u增加時，所存在的反應物的部份量即會減少。一高 度的自動催化作用即包含了很小的Θ値。該溫度會影響了 運動學’並透過與溫度相關的k値，而由等式[2]做特徵 化。在上式[5]中的指數〇 5表示在反應開始時的催化劑會 有更大的效果。 —一-------------‘------訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -30- A7

475285 五、發明說明（28 ) 在自動催化反應中的溫度昇高係正比於等式[5]，並可 由下式特徵化： dT h du Τϋ m 其中’ h爲樣本因爲反應（焦耳）所發出的整體熱量，而 C’t<5t爲反應物與炸彈（JK-1)的整體熱容量。該項匕/係選用 來從放熱開始的溫度上昇’到該第一放熱行爲的終止（參 見圖5，八丁，60°(：)，因爲 择dt4T，及 ih----------鬌·ί f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} [8] du h C·

Au h 訂 tot C· 及 tot [9] 因爲Au=l表示反應物消耗完成，因此， ΔΤ h C’tot [10] 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖6A-6E ‘所示爲上式[5]及[7]，在特定選擇參數， γ ，β及h/C’tot之下，而可相當接近於圖5的加速度熱量 計的結果°圖6A-6E係爲自我加熱速度對溫度的自然對數 的圖形，其係對上述範例1 (此後即稱之爲範例1 )中

LixCo02樣本被分別初始加熱到150 °C (圖6A)，160 °C (圖 31 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------ 475285 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（29 ) 6b)，i7〇°c (圖6〇，i7rC (圖叫及⑽以圖犯卜要符 合圖0A-6E的圖形，參數爲&二i 6以，γ = 1 9 X 1〇16此一 ，β=0.2 及 h/C，tot = 60 〇C。 孩模型僅適用於最低溫的放熱過程。此過程爲控制鋰離 子電池的熱量逸出，由以下所提出的説明中即可瞭解。相 同的模型可被用於電解質的不同電壓時對於LixC〇〇2的加 速度熱量計試驗的結果。以下的表i所示爲在不同的電壓 之下，能夠符合兩個不同LixC〇〇2樣本的加速度熱量計結 果之參數。在表i中所示的資料爲功率函數的參數，可使 用以下的等式[U]來進行特徵化，並由以上的樣本#1及#2 得到LlxC〇〇2樣本的資料，其是在選定的電壓對於麵濃度 的結果。

Voltage(V) Ea(eV) β —――_ 丫 (min-1) h/C，tot (。〇 H(J/g) 樣本卜4.1 1.6 0.15 1.9 X 1〇16 60 270 樣本1-4.2 1.6 0.20 1.9 X 1〇16 60 270 樣本1-4.3 1.6 0.25 1〇16 60 270 樣本2-4.1 1.6 0.15 2.2 X 1〇15 —-—__ 75 ------- 410 爲了計算出在—實際電池中LixC〇〇2及電解質反應所發 出的功率，每克樣本的反應功率即可計算出來。每克 LiCo〇2的功率可由下式表示： — l·-------------.----- t·--------άφ— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -32. 475285 A7 B7 [11] 五、發明說明（3〇 ) H du/dt 其中，Η爲由每克LiCo02的反應所產生的整體熱量，u及 t則同先前所述。使用上式[7]中h的定義，H = h/m ，其 中m爲在加速度熱量計樣本中的LiCo〇2的重量。 爲了得到上述範例#1的樣本#1的h値，係使用 h/Cftot=60 X的値，即爲樣本#1的熱容量。C\ot可由樣本#1 中該材料的比熱q及重量mi計算得到。該電解質與不鏽鋼 的EC及DEC的比熱可由下面的文獻中得到（Y.S· Touloukian 及 Ε·Η· Buyco ’ ’’The Thermophysiccd Properties of Matter - The TRPC Data Series，Volume 5，Specific Heat -心/2<*丨丨，Plenum(1970))，以及由 Dulong 及 Petit 定 律所預估得到的LiCo〇2値（請參見如C. Kittel，加n to Solid State Physics、、， 7th ed. ， Wiley and Sons, New York(1996))。對於一標準的LiCo02的加速度熱量計樣本， 該熱容量可用下式來近似：

Ct〇t = ^jcimi ~ 10~~— 0.3g + 0.46 〇.9g +1.5-^-0.4^ = 1.3— [12]

T gK gK s gK S K L J 其中由LiCo02及不鏽鋼與電解質所得到的項次即由上式指 出，並假設所加入的0.35克的濕電極係以0.3克LixCo02及 〇·〇5克的電解質所製成。因此，h=60 °C 1.3 J/K=80J ，及 H=h/0.3g=270 J/g。上表1中樣本#2的加速度熱量計樣本中 類似的計算可得出H=410 J/g。 -33- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） —l·-----------------------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 475285 A7

------------餐.！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 ;線· 現在將指定出電解質中LixCo〇2的功率函數。上式[5]係 用於計算办从，而上式[n]則用於計算每克LixC〇〇2所發 出的功率。同時也會使用到表i中的參數。本技藝的專藝 人士可以瞭解，對於其它陰極樣本的功率函數的參數也可 以相似的方式來決定。只要給定u的開始値，開始溫度， 及該熱邊界條件，LixCo〇2/電解質混合物的溫度-時間圖 形可被計算出來。 範例4 根據以下範例，一特定化學物質的陽極的功率函數將用 來説明。以電化學方式製備的含碳的鋰，具有三種的鋰原 子· 1)砰些插入於、培構中的；2)那些由於鐘原子與電解 質之間的反應，而包含於碳表面的亞穩態產物中；及3)那 些在碳表面的％定反應產物。種類1及2的麵原子在當溫 度升南時另會與電解質反應，但種類3則不會。種類i的 鋰原子在它們能夠到達電解質並與其反應之前，必須穿過 反應產物的薄膜（由於種類2及種類3的鋰）。種類2的鋰 原子在反應之後即成爲種類3的鋰原子。種類丨的鋰原子 也會在反應之後即成爲種類3的麵原子。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製

在包含種類2及種類3的鋰原子的碳之初始表面層，係 稱之爲”固態電解質中間相，，（參見如，MNRichard及JR

Dahn 所著 ’ J· Electrochem. Soc· 146, 2078-2086 (1999))，而 此層保護插入的鋰，以避免與電解質同時發生反應。如果 溫度變高（意即高於80。〇，此表面層即開始分解（種類2 的鋰反應成爲種類3的鋰），然後鋰/電解質即開始反應。 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）— [15] [16] 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 475285 Α7 Β7 五、發明說明（32) 由種類2的鋰反應成種類3的鋰，以及由種類1的鋰反 應成種類3的麵，兩者都會釋放熱量。在1M LiPF6/EC/DEC (33:67 v:v)電解質中的 LiC6 (mesocarbon micro beads from Osaka Gas)的功率函數，由下式表達：

Pa=H检卜 Η 检I [13] 其中， 字= -，2exp 乂、。5 [14] at 及， I =exp-((〜+〜)+/(w))/(〜 at dx3 _ dxx dx2 dt dt dt 在上式[13]到[16]中，x !爲以x在LixC6中所量測出的種 類1的鋰之量，x2則爲種類2的鋰之量，同樣也是針對每 6個碳原子來量測，而X3則爲種類3的鐘之量，再次是針 對主體中的每6個碳原子來量測。xlQ，x2〇，x3Q爲電化學 放電之後，加熱之前的鋰的初始量。對於由MCMB放電到 0.0V而對於鋰濃度的碳而言，Xi。約爲0.8 ， x2〇約爲 0.1 ，而x30約爲0.05 〇 E!及E2項次爲活化能，而γι及丫2 -35- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — l·----------耆——.-------------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) W285

發明說明（33 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 爲頻率因子。對於由mcmb放電到ο·ον而對於鋰濃度的 碳而言，Ε!及Ε2約爲L4 ev，γι約爲4 X 1015 min]，而γ2 約爲 7.5 X 1016 miiT1。 參數f爲一比例常數，其控制了在碳表面的反應產物層 中由種類1的鋰轉變成種類3的鋰的速度。F項係與瑗表 面面積有關。對於將近1 m2/g的表面面積的碳而言，f約 爲2到5。印及&項次則分別爲改變量△xfd &Δχ2=Μ之 下的每克碳的熱量。對於由MCMB放電到0.0V而對於麵 濃度的碳而言，Η〗約爲1700 J/g，而Η2約爲600 J/g。 利用上式[4]，[12]及[13]，其有可能計算出加速度熱量 計樣本的反應。圖7A_7B所示爲分別爲在80 °C及100X：的 開始溫度之下的電解質中之鋰化的M C MB ，其係與利用 下列功率函數之參數計算所得的圖形做比較：〜。=〇 75 ; x2〇=〇.l ； X3〇=0.033 ; Ei=E2=1.4 eV ; hi/C=400 ; h2/C=150 ; γι=4χ1〇15 ;及γ2=7·5χ10ΐ6，其中，、爲經由種 類1的鋰完全反應成種類3的鋰，而由加速度熱量計樣本 所產生的熱量’而h爲經由種類2的鐘完全反應成種類3 的II，而由加速度熱量計樣本所產生的熱量，C則爲樣本 加上該管/炸憚（前述稱之爲C，t〇t)的整體熱容量。由圖7a_ 7B中可看出’試驗數據與預測數據的吻合性相當高。 如前述’另有一種方式來使用加速度自量熱法，即差異 掃描自量熱試驗的結果可以用於取得功率函數。根據此方 法，需要一系列在不同掃描速率之下的差異掃描自量熱試 驗。一差異掃描熱量計利用將一樣本視爲以固定速率加 -36- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） il·----------¢.111------------ f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 A7 B7 34 五、發明說明（ …來里測其所產生的功率（w_/g)。差異掃描自量熱試 基本上可產生功率對於溫度的資料（即 1卿emUre )，或是功率對於時間的資料（即P〇Wer-tlme)。 但疋，可以發現到其很難區別自動催化反應與遵照第一階 反應運動學的簡單民應。因此，使用加速度熱量計的方法 比較好，但並不是必須。 一旦得到了特定電極/電解質組合的電極/電解質功率函 數任何型悲的全尺寸的電池對於熱性，機械性或電性的 侵擾之反應皆可計算出來。此係利用-數値方法來達到， 其假設爲輻射狀的熱流，也就是假設沒有穿過罐子末端的 熟流，其可瞭解到，此亦可假設與一輕射熱流模型不同的 模型，例如一完全三度空間的熱流模型。 圖8所示爲一圓柱形電池的截面，其爲膠狀物卷型的電 池内裣爲匕’外徑爲I*b，而電池外殼的内徑及外徑分別 爲rb及rc。然後该膠狀卷即區分爲n個相同厚度的環狀 物。最大的環狀物的外徑爲rn，即爲h，而第i個環的外 徑即爲所示的ri。 對於第1個内環，其在時間區間At内的溫度改變即 如下式： 1 ΔΤΪ = I [PaiPa + Ρ«Ρ〇 + pd][πί(Γί2 - r^2)]+ <I^i~Ti)2^jL + K(Ti -At ] 在上式[17]中，pai及pci爲陽極與陰極的功率函數（分別爲 每克陽極材料或陰極材料），L爲圓柱的長度，而&及口。 37- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21Q χ 297公楚 ·---着訂·卜-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) [17] 475285 A7 五、發明說明（35 ) 爲每單位體積的膠狀卷的活性陽極或陰極材料的平均密 度。Pei項爲每單位體積電池所產生的電能，TtLh2-!^2)爲 第i個環狀物的體積。κ項爲膠狀卷的平均熱傳導率，Τι 爲第i個環的溫度，C則爲平均的膠狀卷比熱容量，而p 爲平均的膠狀卷密度。 在上式[17]中的項次對於本技藝的專業人士應該很容易 可以理解。第一項爲由化學反應及電能釋放所加入到第i 個環的熱量（在時間At之内）。第二項則爲第i個環由其外 側鄰接環所傳導進來的熱量，第三項則爲由其内側鄰接環 所傳導進來的熱量。 對於與罐體接觸的環狀物，在時間區間At中的溫度改變 量ATi爲： 其中，Kcan爲罐體的熱傳導率，丁⑽爲罐體表面溫度。 對於罐體表面，在時間區間At中的溫度改變量 爲， il·----------餐—— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ΔΤ ^l^can(Tcan -Tn)2^gL 1 (rc - Ο

+ (Te-Tc)A2^cL △t

canPcnn^ii'c'^n^J

[19] 其中，A爲單位面積的罐體表面熱傳導率，2th*cL爲電池 的表面積，Te爲電池所在的環境溫度。Ccan及Pcan分別爲 罐體材料的比熱容量及密度。上式[丨9]的第一項爲由罐體 -38- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 475285 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（36 ) 傳導到膠狀卷的外環的熱量。第二項則爲由電池罐體傳送 到，或傳送自外界環境的熱量。 式[17-19]係由電腦來遞迴式地求解。每個用於陽極 (Xl，X2及X3)及陰極（u)反應歷史的變數即構成一電池半徑 的函數，也就是x1==Xli等。設定電池的初始邊界條件，也 就疋Te及每個乃皆被初始化，而將Xli，％，私及屮皆設 定爲其初始値。 爲了説明起見，其假設爲一 150Ό烤爐曝曬試驗，而將 一完全充電（4.2V)的電池在室溫之下置入一加熱的烤爐， 其没定爲：Te=150 °C，Tcan=21 °C，對所有的i之Ti=21 °c，對所有的i之Ui=：0，對所有的i之Χΐι=〇 8，對所有的 1 I %=0.1 ，對所有的i之私=〇 〇5 。取用小的時間區段 (如0.1秒），上式[5，n，^9]即用於計算反應歷史參 數的改變，及在該小時間區段中計算出該環狀物的溫度。 這些改變即加入到初始値，而計算則會重覆相當多次，直 到消耗完反應物（意即對於所有的環狀物之U=1 ，χι=〇 )， 或是達到不會發生逸出反應的狀態爲止。一用於此模型的 電腦程式已同時採用一 Fortran程式及一visual C++程式， 而可降低運算到實用的層次。 式[17-19]對於平面形狀可以輕易地修正，其係假設熱流 僅發生於垂直電池的平面。此假設對於常見的稜柱形鐘離 子及鍾離子聚合物電池皆爲有效，其中該電池厚度通常小 於該電池長度或寬度的十分之一。圖9所示爲一稜柱形電 池的橫截面。該電池的長度爲L ，寬度w ，及一厚度 -39- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---.---— l· ell·--------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Α7 Β7 五、發明說明（37 %。該電池堆疊的整體厚度爲2Γη。該電池堆疊被區分爲 2η個厚板’如圖中所示。在某些情況下，在電池表面有對 稱的加熱或冷卻，並不會有熱流穿過電池的中心，其由厚 實心線表示 對於第1個内厚板，在時間所發生的溫度改變△了i (對比於圓柱形電池）表示如下： Δη = | + PdPc + Pd][LW(ri ~ rM)] + <ZkrTi)WL + k(T{ ^T.QWL] f At ] (r“i-ri) (Hi) [20] 如果1=1 ，等式[20]的右側的第三項則可省略，因爲沒有 熱量流動到該電池的中心。 對於第n個内部厚板，在時間M所發生的溫度改變ΔΤη (對比於圓柱形電池）表示如下：

(rc - rn) (rn 一 rnJ J [CpW(rn - rnjL

[21] 丨.1-------------.------------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對於罐體表面，在時間所發生的溫度改變ΔΤ。^表示 如下.： ΛΤ 一卜咖(Ί^-TJWL 1ί卜、')-+(Τβ 'TJAWL}l^w(rcT^,

At [22] 上式[20-22]係由電腦遞迴式地求解。每個用於陽極 (XI，X2及X3)及陰極（u)反應歷史的變數即構成一電池厚度 -40- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^/^285 ^/^285 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（38) 的函數，也就是〜=如等。音 二、η f 成疋私池的初始邊界條件，也 就疋τβ及每個t皆被初始化，而將 f甘、 而將％，x2l，^及屮皆設 U始値。舉例而言，其假設爲一 15〇。。烤爐曝曬試 .'，而將-完全充電(4·2ν)的電池在室溫之下置入一加 熱的烤爐，其設定爲：， 、 u Tcan—21 c，對所有的i < Ti= 21 °c，對所有的i之 Ω 士 1啯1 1炙Ui—〇，對所有的i之Xll=0.8， 對所有的i之x2i=〇 1 ，斟蛴古Α ·、 」對所有的1 <心产〇.〇5。取用小的 時間區段（如0 . 1秒），上式Γ $ )式[5 11，13-16 ，20-22]即用 於計算反應歷史參數的改變，及在 一 夂及在忑小時間區段中計算出 該厚板的溫度。這些改變即加入到初始値，而計算則I重 覆相當多次’直到消耗完反應物（意即對於所有的環狀物 ，Xl=0)，或是達到不會發生逸出反應的狀態爲 止0 爲了確認上述方法的預測功率，對放置到—加熱的靜 中圓柱形的兹離子電池，必須取得其正確的溫度-時时 料。根據此方法，係使用_ VWR Sdentifie 133g⑽重力烤 爐。該烤爐具有- 3英忖直徑的孔，位於其中央，電池即 透過-附著的熱電偶而被降低。一第二熱電偶則位在烤爐 架中-小的黃銅區塊中，來監視烤爐的溫度。該烤爐可: 許保持測試溫度至少四個小時，並且烤爐溫度可穩定維持 在設定溫度的土 0.2 °C之内。 電池熱電偶係以3個小電纜綁在電池上，就像是绞在一 起的結。有小量的Wakefield熱複合物係放置在熱電偶接頭 接觸電池的地方，藉以保證其間良好的熱性接觸。然後梦 I l· I--1111--i 1.---- ^» — — — — 1 — !·^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -41- [23] A7 "~" -------------- 五、發明說明（39 ) 熱電偶接頭則| ΑΑ &、 ⑴以小量的玻璃毛線覆蓋。 在測4開始時，該電池與附著的熱電偶即被降下到已穩 疋的烤爐中’並懸吊在該烤爐的中心。該電池至少離烤爐 木或其牆至少5公分。然後，該烤爐及電池溫度係由電腦 自動里測，直到先發生熱量逸出或是已達2 4小時。 爲了使用上式[17-22]，需要不同的參數。其中包括單位 面積的表面熱傳導率Α，電池熱傳導率％，及膠狀卷比熱 C。表面熱傳導率a，係由實心不鏽鋼，黃銅或鋁製的圓 柱’具有已知的半徑r，重量m，比熱C及密度p，量測 而得。一熱電偶則附加在圓柱上，而該圓柱則被降下至烤 爐中。該圓柱的溫度係以時間爲函數來量測。假設在圓柱 之中的溫度是均勻的，（因爲金屬的熱傳導率較大，故此 爲良好的估計）’而可得到下式的烤爐溫度與時間的關 係： AL2w(Te-T)=Cm dT/dt 其中’ Te爲ί衣境溫度（即爲烤爐溫度）’而τ爲電池溫度 將上式[23]重新安排後，得到下式： dT/dt = 2A(Te-T)/(rCp) dT/dt對於（TVT)的圖形則以2A/(rCp)爲斜率。因爲cAp 對於常用金屬而言爲已知，即可決定出A ，如對於不鏽 -42- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------------·----訂 ---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 [24] 475285 A7 B7 五、發明說明（40) 鋼，Α=0·00127 W/(cm2K) 〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 其可瞭解到，表面熱傳導率與表面的細節有關。舉例而 言，一不鏽鋼圓柱以一電池標籤包覆起來，其表面熱傳導 率與一裸露的不鍊鋼圓柱不同（即沒有標藏的圓柱）。在此 例中，在一實際電池上使用的實際標籤，舉例而言，可以 應用到一已知的圓柱，而即可得出表面熱傳導率。 該膠狀卷的熱傳導率可由下列文獻中取得，H.Maleki， A. Said, J.R. Selman, R. Dinwiddie, H.Wang, J. EJectrochem. Soc., 146 947 (1999)。來自製造商A的18650電池的熱容量也可 由製造商取得。這些參數對於任意的電池皆可由下列文獻 中所述方法來決定，H. Maleki，A. Said，J.R. Selman，R. Dinwiddie，H. Wang, J. iSoc.，146 947 (1999)。 範例5 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在以下範例中，烤爐曝曬測試結果可以計算出來，並與 根據本發明原理所得到的預測結果相比較。MCMB及 LiCo02粉末可由電池製造商A取得。這些粉末皆與由該製 造商製造的18650尺寸的鋰離子電池中的那些材料類似。 利用該加速度熱量計，對於該陽極/電解質（0V)及陰極/電 解質（4.2V)反應的功率函數可由上述方法得到。對於陰極/ 電鮮質反應的功率函數可由式[7]得到，而對於陽極電解 質反應則由式[13]得到。對這些功率函數所使用的參數列 於表2中。 -43- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 475285 A7B7 五、發明說明（μ ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表2 部份模型 參數 數値 單位 陰極/電解質 Η 270 J/g Υ 1.9xl016 min1 β 0.2 無單位 Ea 1.6 eV 陽極/電解質 Hi 1700 J/g Υι 4x1015 min'1 Ei=E2 1.4 eV xio 0.75 無單位 F 4.5 無單位 h2 600 J/g J2 7.5xl016 min 1 X20 0.1 無單位 X30 0.05 無單位 電池 A 0.00127 W/(cm2K) C (ref. 13) 0.75 J/(gK) rc 0.90 cm Ιη-(Ν·Β·可在此計算中省略） 0.90 cm Ρ 2.68 g/cm3 Pa 0.36 g/cm κ 0.034 W/(K cm) Pc 0.72 g/cm3 -44- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 475285 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（42) 烤爐曝曬測試預測係使用這些功率函數，及將pe設成 〇·〇 之式[17-19]。即可模擬 i4〇t，1450C，155 C。圖10A即顯示出結果。 烤爐曝日麗試驗係針對製造商A的18650尺寸的鋰離子電 池，並使用開始溫度14〇 °C，145 °C，150 °C及155 °C。試 驗結果繪製於圖l〇B。很明顯地，該計算同時預測了烤爐 曝曬結果。其可注意的，熱性逸出的大小（對於155。〇的 烤爐測試）在計算中較小，因爲只有該第一陰極/電解質放 熱被包含在該模型中。 烤爐曝曬試驗也對於製造商Β所生產的1767〇電池加以 進行。其中並未對那些電池所用的電極材料加以發展。圖 11Β所示爲烤爐曝曬測試結果。明顯地，由製造商β所生 產的電池與製造商Α的電池之穩定性較差。如果對於製造 商Β的材料的功率函數已發展出來，在圖ηΒ中的結果即 可預測。另一方面，嘗試要吻合圖UB中的結果，例如藉 由改變功率函數的參數，其允許進行合理的估計。圖UA 所示爲計算模擬出圖11Β的試驗。其中僅改變了上表2中 所列的陰極功率函數値。參數Η係增加到45〇 J/g，丫則增 加到l.5xl017min-i。利用此參數的估計組合，即可進行對 於其它電池尺寸與形狀的安全性的預測。 一旦建立起對此方法的信心，然後即可能對不同直徑的 電池進行烤爐曝曬結果的預測。舉例而言，圖12所示爲 對於製造商A的電池，以電池半徑爲函數，在15〇 χ烤爐 .----1 訂...---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -45- 475285 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（43 曝曬測試的預測値。很明顯地，降低電池的半徑可以改盖 電池的熱穩定性。可找到對該電池的一關鍵的半徑12 cm，能夠通過持續的曝曬於15〇χ：。其可瞭解到利用本發 明的模型化万法，而來決定一特定電池設計的關鍵半徑， 可以非常簡單，並且節省時間與成本，相較於要組合許多 不同直徑的電池，然後測試該組合好的電池。類似的預測 也可對平面電池進行，而不需要實際構建平面的雛型電 池0 以上所説明，用於取得功率函數的方法論，以及使用相 同的方法來模型化根據使用者所指定的熱條件及/或熱侵 擾之下的電池位準反應，也可用於預測其它形式的環境條 件/侵擾之下這種電池的反應，例如機械式及電子式的侵 擾。目如所揭示的説明皆針對如何藉由加速度自量熱法， 或是差異掃描自量熱法來決定出功率函數，但也可用於預 測在烤爐曝曬測試中的鋰離子電池的行爲。功率函數也可 用於在接受例如一過充電測試，一短路測試，及一釘子穿 透測試等，建立模型化電池行爲之用。 爲了預測圓柱形與平面電池對於過充電的反應，僅需要 加入單位體積所產生的電功率pe到烤爐曝曬程序中，並設 定環境溫度到一接近室溫的溫度。此電氣式產生的功率可 藉由電流與電池過充電壓相乘來近似。該電池過電壓係定 義成在負載之下的終端電壓減去在最大正規電量時的開電 路電壓。舉例而言，如果一 3A充電電流以4V的過電壓施 加穿過一電池，然後12W的電功率即散佈在電池中。該電 -46 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） il·----------9 „------------ (請先閱讀背面之、注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（44 ) 功率的値除以電池體積，即得到Pe。接下來就可直接地計 算了。 、=據過充電測試模型法的一具體實施例，一電池以其額 疋容量充電數次，並使用一電流値，可以在由一小時的 i/c所定義的時間中，通常即達到完全的充電。通常c在 此測試中選疋爲i或3。一旦充電過程的正常化學反應已 經完成，該電池電壓即升高到値v，其可相等於充電好的 % :也的開路毛壓V。，或者是更高。該散佈在電池中的電 2率，隨即由M(V_Vc)等式來近似。由此即使電池加熱到 高於週遭溫度。 最後，該電池將可達到一個溫度，其中由電極所產生的 化子性產生的功率成爲主要部份，此即可藉由上述的功率 函數方法進行計算。爲了對於在過充電當中的電池行爲做 合理的預測，在過充電過程中，需要_關於時間與電流的 電池電壓變化的合理瞭解，同時也需要對於在過充電過程 中，在该負極上電鍍上的金屬鋰的含量的瞭解。對於大多 數的鋰離子電池而言，也會考慮到這個項目。 對於負極中含有電鍍的金屬鋰的功率函數，有需要在此 例中被發展出來。另外，也需要對於正極功率函數中，在 正極處電解質分解產物的影響進行瞭解。對於一過充電狀 況下的電池行爲的模型化，可藉由首先決定不同的未知 數，並進行試驗的方式來加強，否則也可在模型化過程 中，利用合理的預估及對該預估的調整來取得。 根蜂一短路試驗模型化方法的一具體實施例，一完全 » — ^— — — — 111 — — — · I 1 Γ I I I l· ^ · l·--I I I I —i ^ (請先閱讀背面之>i意事項再填寫本頁) -47- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 "----__ 五、發明說明（45 ) · " 電的電池係在某溫度丁之下達到平衡。然後該電池即經由 一低阻抗的連接而被外部短路，電流極開始流動，而電池 々力率即根據其内邪阻抗（i2r)而發出。該阻抗爲一隨著 ’:度夂化的函數。茲電池的溫度上升，電極的充電狀態即 飞考電極放電而改變。—旦該電池達到該隔離器關閉點 (例如對於一鋰離子電池約爲將近13〇。〇，該電流流動即 V止，而在藏電池中所產生的熱量可藉由關於該電池目前 的无電狀態的功率函數來加以預測。价加⑽的冷卻律可 用來估計傳送到環境中的熱量。 對於短路試驗的模型化是非常直接的，係假設使用了以 /m度及充電狀怨爲函數之電池阻抗的良好模型，量測結果 可以準確地決定此點。該短路試驗的直接模型化也假設了 在短路狀態中，對於該電池所涵蓋的充電狀態的範圍之功 率函數爲已知，此點即需要對於正極與負極在幾種鋰濃度 狀況下進行功率函數的量測。 根據一釘子穿透模型化方法的一具體實施例，一具有指 足半位的尖‘的釘子即被強迫地以一指定速率送入電池， 由此將可造成該電池的内部短路，因此會帶來在短路處的 集中發熱’而會造成熱量逸出。通常電池在測試前皆被完 全充電。由此，就需要完全充電材料的功率函數。 僅由么劑（非電解質）填充的電池可利用釘子穿透來特徵 化。在電池電極之間的阻力爲時間的函數，並在釘子插入 時進行量測。一旦此阻力爲已知，然後短路電流即會流 動，因爲該釘子插入到一充滿電解質的電池中，即可進行 — *----l·· --------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -48-

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ------g?_______ 五、發明說明（46 ) 預測。 見性產生的功率v2/r係在釘子尖端附近發出，此將造 成局部加熱。由該尖端所流出的電流可利用上述的熱量等 式來處理，較佳地是使用一三度空間形式的小的空間網 格。當溫度上升時，該化學性產生的功率即可使用功率函 數來估計，因此可以得到該釘子穿透過程的一完整的描 述。 根據本發明原理所發展的功率函數爲主的一電池行爲模 土化方法’可利用在一電腦處理設備上執行的模型化軟體 來實施，例如在一工作站上，或是個人電腦，及其它以微 處理器爲主的計算系統。 根據一具體實施例，有一軟體程式使用一視窗介面來提 供使用者交談式電池行爲模型化。圖13-20爲根據本發明 的一具體實施例的這種介面的螢幕影像。一般而言，該使 用者介面允許電池設計者來產生任何形狀及尺寸的,，虛擬 電池，並根據使用者指定的熱性，電性及機械性侵擾條件 來預估該虛擬電池的反應。該使用者介面允許電池設計者 來載入，修改陽極，陰極，電池及環境參數等，並圖形化 地顯示根據載入/修正的參數所預測的該陽極，陰極及電 池的行爲。由此，可對不同的虛擬電池參數做逐步的改 變，並調整一特定電池設計的行爲。 本發明的電池模型化軟體，係根據由加速度自量熱法或 差異掃描自量熱試驗，針對在實驗室電池中所製備的小量 的特殊電極/電解質材料所發展出的功率函數，而提供了 I ^------------------h 訂--I---線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -49- 475285 A7 B7 五、發明說明（47 虛擬電池行爲的準確的數學模型化。對本技藝的專業人士 可以瞭解到，對一電池設計及模型化的方法，可以節省相 二9成本及間’並僅需要小量的樣本電極/電解質材 料而且其中可以省略構建及測試電池離型的步驟，因此 有很大的效益。 訂 本發明的電池設計及模型化方法在當開發"新"的或先進 的電極/電解質材料時，僅需要製造少量的材料，而避免 製造大量材料所需要的時間及成本，因此特別有用。因爲 對於-新的電極/電解質材料進行需要完全地特徵化電池 位準：爲的功率函數’可由小量的新材料，透過自量熱試 驗m 4展出木’因此本發明的電池模型化系統與軟體相信 可以對先料電池技術㈣妓發展有很大的幫助。 根據-具體實施例，當進行—熱侵擾試驗時，—已知電 ^的行爲資料（如一商用的18650链離子電池），對於電池 成j者可以提供已知的電池技術的放能基準或標準。舉例 而=對於任何數目的已知電池或電池形式所得到的試驗 性溫度:時間資料，可以儲存起來，並提供電池使用者應 用二假設新’’的電池材料開發出來，並根據上述方法由 'J里的樣本中得到功率函數，本發明的模型化軟體即可用 於針對具有新電池材料的1865〇電池來緣製溫度_時間資 枓。此圖形可與-個或多個已知的18650電池形式做比 較：來決定出是否新的電池與已知的電池是同樣安全，較 不女全’或是更爲安全。其可瞭解到，用來特徵化已知電 池的資料對於本發明而言並不是必須的，但可以用於根據 I_____ -50 本紙張尺度適M ii^"NS)A4 -50- 475285 A7 B7 五、發明說明（48) 與已知電池設計的關係來改善評估新的部同的電池化學反 應及架構的過程。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 現在請參考圖13，其爲根據本發明的一具體實施例的 一使用者介面的一主畫面300，一主要功能棒302及一樣 板區域3 0 4。該主功能棒302包含數個控制鈕，特別是包 含了 一陰極（Cathode)姐 306，一陽極（Anode)钮 307，及一 電池（Battery)紐309。每個陰極，陽極與電池按紐306， 307，309在啓動時，即提供了額外的特定功能的選擇。 如圖13所示，一陰極鈕306被啓動，其允許關於一虛擬電 池的陰極模型化的額外選擇。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖14所示爲一輸入畫面或對話盒308，其由選擇參數 (Parameters)按鈕來啓動，係由主功能棒302中啓動陰極鈕 3 0 6來得到，如圖13所示。啓動參數按鈕可帶出一陰極 參數對話盒308，其提供電池設計者來載入或調整不同的 陰極特定參數。陰及參數對話盒308可透過另外的路徑來 取用。對於載入參數組（Load Parameters Set)按麵的啓動， 也如圖13所示，會帶出一開啓檔案的對話盒，使用者可 在其中選擇一檔案。在選擇檔案時，會有陰極參數對話盒 308，其提供了關於所選擇檔案中載入及調整不同的陰極 特定參數。 其提供了一輸入欄位310，用於輸入一 Gamma値，γ ， 其代表了以minutes·1爲單位的頻率因子。一輸入欄位312 則用於輸入活化能Ea的値，其以電子伏特（eV)表示。參數 u ，其爲轉換的度量分數（即爲百分比），其可由輸入攔位 -51 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 五、發明說明（49) 314來輸入。一輸入欄位316可用來輸入一 p値，其代表了 自動催化的無單位參數。h/C’tC)t也可使用輸入欄位318來 輸入’其中代表了由於反應，反應物的整體熱容量 (C、）’及以°C所表示的樣本炸彈，而由樣本所發散出的 整體熱量（h)的比例。 圖15及16所示爲用於輸入分別使用加速度自量熱及差 異掃描自量熱技術的陰極計算的影響參數。每個對話盒 〕21及320 &供一開始溫度（starting Temperature)輸入攔位 323，322 ’而以C表示。用於輸入陰極加速度自量熱計算 參數的對話盒321包含了 一時間（Time)輸入攔位325，而以 小時表示。用於輸入陰極差異掃描自量熱計算參數的對話 盒320包含了一加熱速率（HeatingRate)輸入欄位324，而以 每分鐘小時。C表示。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖17顯示爲一陽極參數對話盒33〇，其係由主功能棒 320上啓動陽極姐307，再由選擇參數按紐來啓動。參數 钮的啓動，即造成開啓陽極參數對話盒330，其提供了由 電池設計者來載入及調整不同的陽極特定參數。陽極參數 對話盒330可由一不同的操作路徑來取用。啓動载入參數 組按麵，其可由圖13中啓動陽極按鈕3〇7而取得，並帶出 一開啓樓案對話盒來讓使用者選取一檔案。在選擇一構案 時，即出現陽極參數對話盒330，其提供了關於所選擇檔 案之載入及調整不同的陽極特定參數。 一輸入欄位332係用於輸入Gamma-Ι的値，γ η，而輸入 欄位3 3 4則用於輸入Gamma-2的値，丫丨，兩者分別代以 -52- 475285 A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 五、發明說明（5〇 minutes-1爲單位的頻率因子。輸入攔位336及338則用於 輸入活化能量參數的値，^及E2，每一個皆以電子伏特 (eV)爲單位。^/(:’⑻及h2/C，tC)t則使用輸入欄位340及342來 輸入，其中h/C^t及h2/C，tQt的單位即如上述範例料所説 明的。 陽極參數對話盒330另包含一陽極m輸入欄位344，其 中陽極m代表種類1到種類3的鋰之反應的反應順序。一 順序輸入（Order input)欄位356允許設計者輸入一順序値， 其代表了種類2到種類3的鋰之反應的反應順序。一 Xf〇 輸入欄位3 4 8係用於允許輸入該陽極參數Xf〇的值，其代 表了項次X2〇，具有如前述範例#4中所做説明的單位。陽 極參數Xio，其代表了項次XlG，具有如前述範例#4中所 做説明的單位，其可使用Xi〇輸入攔位35〇來輸入。一 z〇 輸入攔位352提供來輸入該陽極參數z〇的値，其代表了項 次X3〇，具有如前述範例#4中所做説明的單位。 圖1 8所示爲對話盒360，其係在主功能棒3〇2上選擇電 池按姐309所啓動的。一電池參數對話盒36〇提供給電池 設計者來載入及調整不同的電池位準參數。輸入欄位3 6 2 及3 6 4係分別用來輸入時間（Time，hrs)，及開始溫度（。。） 値。一烤爐溫度（Oven Temperature)攔位366允許使用者來 輸入拷爐的溫度（°C)，其係根據一烤爐曝曬測試而置入該 笔池。其可留意到该電池起初是處於開始溫度。 重量輸入（Mass mput)欄位368及370係分別用來輸入陽 極與陰極的重量値（g)。在圖18中，重量輸入欄位368及 -53- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 ---------------.----P 訂--------.線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 475285 A7 ---- B7 五、發明說明（51 ) 37〇分別針對碳及以鉻爲主的電極，而係用於一虛擬鋰離 子電池。電池熱容量的値（J/gK)，熱傳導率（W/cmK)及密度 (g/cc)皆可分別利用輸入欄位372，374及376來輸入。電 池參數對話盒36〇另包含一罐體參數（Can Parameters)區域 380，其允許輸入特徵化該罐體的不同資料，或是虛擬電 池的保護外殼。罐體參數區域380包含輸入欄位382， 384，386及388，其分別用來輸入罐體密度（g/cc)，熱容 量（J/gK)，罐表面熱傳導率（w/cm2K)，及罐本體熱傳導率 (W/cmK) 〇 電池參數對話盒360另包含一電池幾何（Battery Geometry) 區域390，其提供了數個不同的虛擬電池幾何的選擇。在 圖18所示的具體實施例中，一設計者可以啓動一圓柱形 ,幾何（Cylindrical Geometry)按姐392或是一棱柱形幾何 (Prismatic Geometry)按紐394。圖19所示爲一圓柱計算 (Cylindrical Calculation)對話盒400，其係根據啓動在電池幾 何區域390中的圓柱幾何按鈕392，而呈現給使用者。設 計者可以分別利用長度與半徑輸入攔位402，404，來輸 入罐體長度（cm)及半徑値（cm)。 圓柱計算對話盒400另包含一詳細位準（Detail Level)區域 406，其可允許設計者啓動一完全細節（Full Detail)按鈕408 及一均勻溫度（Uniform Temperature)按鈕410。完全細節按 鈕408的啓動會造成一個運算，其假設了在該虛擬電池内 的溫度隨著半徑而改變，如前述熱等式中所示。對於一搭 載了 266 MHz Pentium II處理器的個人電腦，該完全細節運 -54- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 475285 A7 B7_ 五、發明說明（52 ) 算需要數分鐘即可完成。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 均勻溫度按鈕410的啓動，會形成假設在該虛擬電池之 中的溫度分佈是均勻之運算（意即與半徑無關）。此運算爲 近似値，但可在數秒内完成。但是此近似値已經合理地正 確。模擬之後顯示，該標準的核心-罐體溫度差異僅是數 °C之差別，甚至在熱量逸出之中也是一樣。 圖20所示爲一棱柱計算對話盒420，其係根據啓動在電 池幾何區域390中的稜柱幾何（Prismatic Geometry)按鈕 3 9 4 ，如圖18所示。設計者可以分別利用長度，寬度及 厚度輸入欄位422，424及425來輸入罐體長度（cm)，寬度 (cm)及厚度（cm)。該棱柱計算對話盒420同時也包含一細 節位準（Detail Level)區域426，其允許設計者來啓動完全細 節及均勻溫度按鈕428及430。 完全細節按鈕428的啓動會造成一個運算，其假設了在 該虛擬電池中溫度是隨著厚度改變，如前述熱等式中所 述。如同在一圓柱電池幾何的外殼中，該均勻溫度按紐 430的啓動則會造成一個運算，其假設在該虛擬電池之内 的溫度是均勻的（也就是與厚度無關）。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明的一種電腦輔助方法，可用於預測電化學電 池對於熱性，電子，及/或機械式侵擾的反應等，因此可 以發揮效用，舉例而言，可由處理器實施一系列的機器可 讀取指令。這些指令可以存在於不同形式的信號承載媒 體。在此方面，本發明的另一具體實施例係考慮一程式化 的產品，其包含了 一信號承載媒體而包含有機器可讀取指 -55- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） /^5

令，其可由一數位處理器來 模型化及本發明的行爲預測程序的，：：:會影響電池 包含像是在處理器中，或是二方=㈣承載媒體可 ^ ^ x疋以其匕万式耦合到處理器的隨機存取記憶體（RAM) 〇 另外，該指令也可包含於其它的信號承載媒體，例如-個或多個磁性資料儲存碟片，直接存取資料料磁碟（例 如一習用的硬碟或- RAID陣列），磁帶，可修改或非修改 性的電子唯讀記憶體（如EEPR0M或R0M)，㈣記憶體， 光學儲存裝置（如CDR0M或w〇RM)，信號承載媒體具有 傳輸媒介，像是數位，類比，及通訊鏈結，無線及傳送信 號媒體等。在一用以説明的具體實施例中，該機器可讀取 指令可由經編譯過的"C"語言碼或"c++"物件導向碼所構 成。 前述對於本發明的不同具體實施例的説明已經呈現用來 達到説明的目的。但其目的並不是將本發明限制在所揭示 的型式當中。根據以上的原理，可能有許多的修改及變 化。因此本發明的範圍並不限於此詳細説明，而是以下列 的申请專利範圍爲主。 -----------#^i — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —卜 幻l·--------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -56- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑽χ 297公爱）

Claims (1)

1. 卿/〇月戍日 修正1 月α曰修正東 ^ 89118090號專利申請案 請專利範圍修正本(90年10月） 、申請專利範圍 L 一種特徵化電化學電池組件的方法，其包本· .製備與電解質相接觸之電極材料的樣本； 利用自f熱技術，對於該樣本來取得自我加熱資 料、功率-溫度資料，或是功率_時間資料；及 、、 利用該自我加熱資料，功率溫度資料，或是功率 時間資料，針對該樣本發展-功率函數，該功率函數 代表每單位重量的該樣本的熱功率，其為溫度及在, 電極材料與該樣本的電解質反應之後剩餘的反應物量 之函數。 2.如申請專利難第丨項之方法，其中製備該樣本包含使 用少於約100克的該電極材料來製備該樣本。 3·如申請專利範圍帛！項之方法，其中該電極材料包含陰 極材料或陽極材料。 4.如申請專利範圍第1項之方法，其中取得該自我加熱資 料包含在大體上絕鼽的條侔 、件下，在反應過程中取得該 樣本的溫度對於時間的資料。 5· 一種特徵化電化學電池組件的方法，其包含： 製備-與電解質相接觸之陰極材料的第一樣本； 製備-與電解質相接觸之陽極材料的第二樣本· 利用自量熱技術，對於該第一及第二樣本來取得第 及及弟二自我加熱、功率溫度或是功率-時間資料； 利用❹—及第二自我加熱、功率-溫度或是功率_ 時間資料，分別針對該第一樣本發展一第一功率羊函 本紙張尺度適財國國家標準 A8 ' B8 C8 _____一 —_ D8 六、申請專利^" — 一 數’與針對該第二樣本發展一第二功率函數，該第一 功率函數係以每單位重量的該陰極樣本材料的熱功率 來特徵化該陰極材料與該電解質之間的反應，而第二 功率函數係以每單位重量的該陽極樣本材料的熱功率 來特徵化該陽極材料與該電解質之間的反應。 6·如申請專利範圍第5項之方法，其中取得該第一及第二 自我加熱資料包含在大體上絕熱的條件下，在反應過 程中分別取得該第一及第二樣本的溫度對於時間的資 料。 7· —種特徵化電化學電池組件的方法，其包含： 足義出該電化學電池的一個或多個物理參數； 提供一第一功率函數，用於以每單位重量的陰極材 料 < 熱功率來特徵化一陰極與一電解質之間的反應； 提供一第二功率函數，用於以每單位重量的陽極材 料足熱功率來特徵化一陽極與一 t解質之間的反應； 及 利用該第-及第二功率函數，及該電化學電池的該 物理參數來預測該電池對於一特定的運作條件下的反 應。 8·如申請專利範圍第7項之方法，其中·· 定義出該電池的一個或多個物理參數，另包含調整 該電池的該物理參數；及 預測該電池的該反應’另包含使用該第—及第二功 率函數，及該電池的調整過的物理參數來預測該電池 的反應。

   475285 ~、申請專利範園 9.如申凊專利範圍第7續之方法 y _ 負《万法其中定義出該電池的一 個或多個物理參數另包含： 對於該電池的每個陽極與陰極皆定義出物理參數； 調整該陽極與陰極兩者或其中之—的該物理參數； 猎由利用該第—及第二功率函數，及經調整的該陽 極與陰極兩者或其中之一的該物理參數來預測該電池 的反應。 1〇·—種特徵化一電化學電池的系統，其包含·· 一處理器， 一使用者介面，其與該處理器結合，包含一由使用 者操作的-輸入裝置，用於輸入該電化學電池的一個 或多個物理參數；及 記憶體，其與該處理器結合，能夠錯存一陰極功率 函數，用於以每單位重量的陰極材料 化-陰極與-電解質之間的反應，另可 率函數，用於以每單位重量的陽極材料之熱功率㈣ 徵化-陽極與-電解質之間的反應，該處理器利用該 陰極與陽極功率函數’及該電化學電池的該物理 數’來ΐ十算-電化#電池對於—特定的運作條件下 反應。 11 ·如申請專利範圍第1 〇項之系統，其中 該輸入裝置係由使用者操作來調整該電池的物理 數；及 該處理器利用該陰極與陽極功率函數，及經調整個 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 裝 訂 參 參 475285 A B c D 々、申請專利範圍 的該電化學電池的該物理參數，來計算該電化學電池 對於該特定運作條件下的反應。 12. 如申請專利範圍第10項之系統，其中 該輸入裝置係由使用者操作來調整該電池的一陽極 與一陰極的物理參數；及 該處理器利用該陰極與陽極功率函數，及經調整個 的該電化學電池的該陽極與陰極的物理參數，來計算 該電化學電池對於該特定運作條件下的反應。 13. 如申請專利範圍第10項之系統，另包含一與該處理器 結合的一熱量計系統。 14. 一種特徵化電化學電池組件的方法，其包含： 定義出該電化學電池的一個或多個物理參數； 藉由定義一第一功率函數，而以每單位重量的陰極 材料之熱功率來特徵化一陰極與一電解質之間的反 應， 藉由定義一第二功率函數，而以每單位重量的陽極 材料之熱功率來特徵化一陽極與一電解質之間的反 應； 利用該第一及第二功率函數，及該電化學電池的該 物理參數來預測該電池對於一特定的運作條件下的反 應。 15. —種電腦可讀取媒體，包含有程式指令，用於特徵化 電化學電池元件，其包含： 藉由定義一第一功率函數，而以每單位重量的陰極 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂 A8 B8 C8

   材料之熱功率來特徵化—陰極與一電解質之間的反

   藉由疋義-第二功率函數，而以每單位重量的陽極 材料之熱功4來特徵化-冑極肖_冑解質之間的反 應； 定義出該電化學電池的一個或多個物理參數；及 利用邊第一及第二功率函數，及該電化學電池的該 物理參數來預測該電池對於一特定的運作條件下的 應。 16.如申請專利範圍第14項之方法，其中分別特徵化該 極/電解質，及陽極/電解質反應，另包含假設一自動 催化反應機制來模型化個別的反應。 π·如申請專利範圍第14項之方法，其中特徵化該第一 第二功率函數包含使用一自量熱技術。 18·如申請專利範圍第1、5或Π項之方法，其中該自 熱技術包含-加速度自量熱技術，或一差異掃描自 熱技術。 以如申請專利範圍第7或14項之方法，其中該特定的 作條件包含有-怪定或變化的週遭溫度的條件，施 一恆定或變化電流到該電池的條件，一連接外部短 到該電池的條件，或是在該電池内部短路的條件Ά 20.如_請專利範園第14項之方法，其中特徵化該第一及 第二功率函數包含有取得每個該陰極/電解質，及陽極 /電解質反應之溫度對於時間的資科。 ” -5- 本纸張尺度適用中國國豕標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公董) 反 陰 及 量 田 置 運 加 路 475285 A BCD 六、申請專利範圍 21.如申請專利範圍第14項之方法，其中：特徵化該陰極 /電解質反應，包含利用少於約1〇〇克的陰極材料來特 徵化該陰極/電解質反應；及，特徵化該陽極/電解質 反應，包含利用少於約100克的陽極材料來特徵化該 陽極/電解質反應。 22·如申請專利範圍第15項之媒體，其中分別特徵化該陰 極/電解質，及陽極/電解質反應，另包含假設一自動 催化反應機制來模型化個別的反應。 23.如申請專利範圍第15項之媒體，其中特徵化該第一及 弟一功率函數包含使用一自量熱技術。 24·如申請專利範圍第15項之媒體，其中該自量熱技術包 含一加速度自量熱技術，或一差異掃描自量熱技術。 25·如申請專利範圍第15項之媒體，其中特徵化該第一及 第二功率函數包含有取得每個該陰極/電解質，及陽極 /電解質反應之溫度對於時間的資料。 26·如申請專利範圍第15項之媒體，其中··特徵化該陰極 /電解質反應，包含利用少於約100克的陰極材料來特 徵化該陰極/電解質反應；及，特徵化該陽極/電解質 反應’包含利用少於約100克的陽極材料來特徵化該 陽極/電解質反應。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公I)