TWI790812B - 鋁電池的管理方法 - Google Patents
鋁電池的管理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI790812B TWI790812B TW110141777A TW110141777A TWI790812B TW I790812 B TWI790812 B TW I790812B TW 110141777 A TW110141777 A TW 110141777A TW 110141777 A TW110141777 A TW 110141777A TW I790812 B TWI790812 B TW I790812B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- voltage
- aluminum battery
- intercalation
- management method
- cut
- Prior art date
Links
- 238000007726 management method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 113
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 113
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 claims abstract description 79
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 claims abstract description 79
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 18
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 5
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 4
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 229910016467 AlCl 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
Abstract
一種鋁電池的管理方法，其中鋁電池的正極具有多個插層電壓，多個插層電壓之間具有最小插層電壓。鋁電池管理方法包括對鋁電池進行充電，以使鋁電池達到截止電壓，其中截止電壓至少大於最小插層電壓；以及使用截止電壓持續對鋁電池進行充電，以完成第一階段充電程序。
Description
本發明是有關於一種電池管理方法，且特別是有關於一種鋁電池管理方法。
一般鋁電池是由鋁負極、隔離膜、正極及電解液所組成。進一步而言，目前的鋁電池在充電過程中往往直接充電至較高電壓，在此情況下，當鋁電池的正極是使用層狀材料時，正極表面易有活物吸附，進而阻礙活物(如AlCl
4 -)插層至層與層之間的空間，如此一來，因活物插層不易，空間利用率低，易發生副反應等會造成鋁電池的電容量受限並降低其庫倫效率與壽命。因此，如何提升鋁電池的電容量並增加其庫倫效率與壽命實為一種挑戰。
本發明提供一種鋁電池的管理方法，其可以提升鋁電池的電容量並增加其庫倫效率與壽命。
本發明的一種鋁電池的管理方法，其中鋁電池的正極具有多個插層電壓，多個插層電壓之間具有最小插層電壓。鋁電池管理方法包括對鋁電池進行充電，以使鋁電池達到截止電壓，其中截止電壓至少大於最小插層電壓；以及使用截止電壓持續對鋁電池進行充電，以完成第一階段充電程序。
在本發明的一實施例中，上述的截止電壓小於2伏特。
在本發明的一實施例中，上述的正極的材料包括石墨。
在本發明的一實施例中，上述的使用截止電壓持續對鋁電池進行充電的時間介於1分鐘至20分鐘之間。
在本發明的一實施例中，上述的第一階段充電程序以兩層為插層單元(stage 2)。
在本發明的一實施例中，上述的鋁電池的管理方法適用於化成期間、消費者使用期間或其組合。
在本發明的一實施例中，上述的鋁電池的管理方法至少用於化成期間。
在本發明的一實施例中，上述的鋁電池的管理方法更包括進行第一階段充電程序以後，對鋁電池進行充電，以使鋁電池達到另一截止電壓，其中另一截止電壓至少大於多個插層電壓之間的另一插層電壓，且另一插層電壓不同於最小插層電壓；以及使用另一截止電壓持續對鋁電池進行充電，以完成第二階段充電程序。
在本發明的一實施例中，上述的另一截止電壓大於2伏特。
在本發明的一實施例中，上述的另一截止電壓不大於2.2伏特。
基於上述，本發明的鋁電池的管理辦法是對應正極的插層電壓(尤其是最小插層電壓)去設計階段性充電程序，即先對鋁電池進行充電，以使鋁電池達到至少大於最小插層電壓的截止電壓，再藉由使用此截止電壓持續對鋁電池進行充電，如此一來，利用在較低電壓(正極表面幾乎無吸附)活物較容易進入層與層之間的狀態下持續充電，可以增加活物插層至正極的層狀結構內的數量，空間利用率高，且插層會更有序且緻密，因此在此階段充電程序可以取得更多插層電量，改善鋁電池直接充電至較高電壓正極表面易有活物吸附使活物插層電量獲取有限的問題並降低副反應發生，故本發明的鋁電池的管理辦法可以提升鋁電池的電容量並增加其庫倫效率與壽命。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
為了使本發明之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。為明確說明，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解的是，這些實務上的細節不應用被以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。
除非另有定義，本文使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。
圖1是依據本發明一實施例的鋁電池的正極的插層電壓示意圖。圖2是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法的流程示意圖。圖3是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法的階段充電程序示意圖。圖4是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法的活物插層示意圖。圖5是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法與習知技術於電容量上的比較圖。圖6是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法與習知技術於庫倫效率上的比較圖。圖7是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法與習知技術於充放電次數上的比較圖。
請參考圖1至圖7，首先，本實施例的鋁電池的正極具有多個插層電壓，換句話說，本實施例的鋁電池的正極是使用可插層的層狀材料，其中多個插層電壓之間具有最小插層電壓。舉例而言，在本實施例中，正極的材料可以為石墨且具有四個插層電壓，如圖1中箭頭所指位置為插層電壓Va、插層電壓Vb、插層電壓Vc、插層電壓Vd，而插層電壓Va為最小插層電壓Va，其中圖1是電量變化量/電壓變化量對電壓關係圖。在此，對應石墨的最小插層電壓Va例如是1.74伏特(V)，但本發明不限於此，在其他實施例中，鋁電池的正極可以使用其他適宜的可插層的層狀材料，因此對應不同材料會產生不同的插層電壓值與不同的插層電壓數量。
進一步而言，如圖2至圖4所示，本實施例的鋁電池的管理方法是對應正極插層電壓(尤其是最小插層電壓Va)去設計階段性充電程序，且可以例如藉由以下步驟執行。首先，對鋁電池進行充電(例如是由初始電壓V0開始充電)，以使鋁電池達到截止電壓V1，其中截止電壓至少大於最小插層電壓Va(步驟S100)。接著，使用截止電壓V1持續對鋁電池進行充電，以完成第一階段充電程序S1(步驟S200)，如此一來，利用在較低電壓(正極表面102幾乎無吸附)活物A較容易進入層與層之間的狀態下持續充電，可以增加活物A插層至正極100的層狀結構內的數量，空間利用率高，且插層會更有序且緻密，因此在此階段充電程序可以取得更多插層電量，改善鋁電池直接充電至較高電壓(例如是直接充電至約2.5伏特)正極表面102易有活物A吸附使活物A插層電量獲取有限的問題並降低副反應發生，故本實施例的鋁電池的管理辦法可以提升鋁電池的電容量並增加其庫倫效率與壽命。在此，初始電壓V0可以視實際情況而定。
進一步而言，相較於習知技術，本實施例的鋁電池的管理方法主要是在較低電壓下持續充電，因此，可以降低正極表面102受活物A吸附而阻礙活物A進入的機率，提升鋁電池的電容量，如圖5所示。再者，相較於習知技術，本實施例的截止電壓V1是設定於略在大於最小插層電壓Va的過電位持續充電的情況，因此可以降低副反應發生機率，使庫倫效率提高，如圖6所示。此外，相較於習知技術，本實施例的鋁電池的管理方法相對地在高電壓下的持續充電時間較短，使得枝晶生長速度較慢，進而可以增加鋁電池壽命(充放電次數較多)，如圖7所示，但本發明不限於此。
在一些實施例中，由於充電至愈高的電壓時正極表面102活物A吸附情形會愈嚴重，因此截止電壓V1小於2伏特，例如是介於1.7伏特至1.9伏特之間，以更有效地降低阻礙，但本發明不限於此，截止電壓V1可以視實際設計上的正極材料需求而進行調整。此外，使用截止電壓V1的充電時間亦可以經由設計以獲取最佳化的插層電量，舉例而言，可以使用截止電壓V1持續對鋁電池進行充電的時間介於1分鐘至20分鐘之間，如圖2中的時間區段t1，但本發明不限於此。
在一些實施例中，如圖4所示，第一階段充電程序S1以兩層為插層單元(stage 2)，換句話說，正極100的材料可以具有多層L(圖式示意地繪示出五層L)，而活物A可以是插層在由下至上的第一層L、第三層L與第五層L，但本發明不限於此。
在一些實施例中，由於在達到最小插層電壓Va時會較充分地將正極100材料的層間距打開，因此鋁電池中的活物A在達到最小插層電壓Va之前可以不進行插層，以使活物可以在較好的時機點進入層與層之間，具有較佳的插層效果，但本發明不限於此。
在一些實施例中，鋁電池的管理方法更包括進行第一階段充電程序以後，可以繼續進行下一階段充電程序。舉例而言，可以對鋁電池進行充電，以使鋁電池達到另一截止電壓V2，其中另一截止電壓V2至少大於多個插層電壓之間的另一插層電壓(如插層電壓Vb)，且插層電壓Vb不同於最小插層電壓Va，並使用另一截止電壓V2持續對鋁電池進行充電，以完成第二階段充電程序S2。進一步而言，另一截止電壓V2可以大於2伏特並不大於2.2伏特，舉例而言，另一截止電壓V2例如是2.1伏特，但本發明不限於此。
此外，使用截止電壓V2的充電時間亦可以經由設計以獲取最佳化的插層電量，舉例而言，可以使用截止電壓V2持續對鋁電池進行充電的時間介於1分鐘至20分鐘之間，如圖2中的時間區段t2，其中時間區段t1可以與時間區段t2相同或不同，但本發明不限於此。
在一些實施例中，第二階段充電程序S2三層為插層單元(stage 3)(未繪示)，換句話說，活物A可以是插層在第一層與第四層中，但本發明不限於此。
在本實施例中，如圖3所示，鋁電池的管理方法更包括多個類似於上述的階段式充電程序，且是藉由定電流的方式對鋁電池進行充電以達到所需的截止電壓，在此期間可以為定電流段CC，再藉由定電壓的方式持續一段時間對鋁電池進行充電，在此期間可以為定電壓段CV，而一個定電流段CC與一個定電壓段CV可以視為一個階段的充電程序。應說明的是，儘管圖式中示意地繪示出四個階段充電程序，但本發明不限於此，階段充電程序的數量可以視實際的正極100材料的插層電壓而定。
圖8是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法與習知技術在化成期間電容量對充放電次數的比較圖。圖9是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法與習知技術在化成期間於電壓對時間的比較圖。圖10是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法與習知技術在化成期間於自放電率對時間的比較圖。
請參考圖8至圖10，鋁電池的管理方法可以適用於各種不同的期間，如化成期間、消費者使用期間或其組合，其中本實施例的鋁電池的管理方法用於化成期間可以最佳化其效果。進一步而言，相較於習知技術的化成方式，本實施例的鋁電池的管理方法用於化成期間可以打開正極的層間距，使活物插層更加順暢且穩固，且在鋁負極可以生成更多且更為均勻的晶種，提高負極反應面積，因此以本實施例的鋁電池的管理方法進行化成後，電芯的電容量比習知技術還要高且穩定，如圖8所示，但本發明不限於此。
此外，鋁電池在充電至高電壓下，活物以吸附的方式儲存於正極表面，與電容的行為相似，自放電率高，而以本實施例的鋁電池管理方法進行電芯化成時，由於化成過程中可打開正極材料之層間距，進而得到較大的插層空間，使活物在正極材料層中插層比習知技術的化成方式後更為穩固，因此可改善鋁電池的電容效應，降低鋁電池自放電率，如圖9、圖10所示，但本發明不限於此。
應說明的是，圖5至圖10中使用的鋁電池規格為：負極(鋁箔)，正極(石墨)，隔離膜(玻璃纖維與高分子材質)，其中鋁電池其他未說明的組成與規格應是本發明所屬領域的普通技術人員可以依據任何涵蓋包含在隨附申請專利範圍的精神及範圍內的內容所得。此外，習知技術的充電方法是以單一段恆電流-恆電壓充電至指定電壓及時間。
綜上所述，本發明的鋁電池的管理辦法是對應正極的插層電壓(尤其是最小插層電壓)去設計階段性充電程序，即先對鋁電池進行充電，以使鋁電池達到至少大於最小插層電壓的截止電壓，再藉由使用此截止電壓持續對鋁電池進行充電，如此一來，利用在較低電壓(正極表面幾乎無吸附)活物較容易進入層與層之間的狀態下持續充電，可以增加活物插層至正極的層狀結構內的數量提升空間利用率，且插層會更有序且緻密，因此在此階段充電程序可以取得更多插層電量，改善鋁電池直接充電至較高電壓正極表面易有活物吸附使活物插層電量獲取有限的問題並降低副反應發生，故本發明的鋁電池的管理辦法可以提升鋁電池的電容量並增加其庫倫效率與壽命。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:正極
102:正極表面
A:活物
CC:定電流段
CV:定電壓段
L:層
t1、t2:時間區段
Va、Vb、Vc、Vd:插層電壓
V0:初始電壓
V1、V2:截止電壓
S100、S200:步驟
圖1是依據本發明一實施例的鋁電池的正極的插層電壓示意圖。
圖2是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法的流程示意圖。
圖3是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法的階段充電程序示意圖。
圖4是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法的活物插層示意圖。
圖5是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法與習知技術於電容量上的比較圖。
圖6是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法與習知技術於庫倫效率上的比較圖。
圖7是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法與習知技術於充放電次數上的比較圖。
圖8是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法與習知技術在化成期間電容量對充放電次數的比較圖。
圖9是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法與習知技術在化成期間於電壓對時間的比較圖。
圖10是依據本發明一實施例的鋁電池的管理方法與習知技術在化成期間於自放電率對時間的比較圖。
S100、S200:步驟
Claims (7)
- 一種鋁電池的管理方法，其中所述鋁電池的正極具有多個插層電壓，所述多個插層電壓之間具有最小插層電壓，且所述鋁電池管理方法包括：對所述鋁電池進行充電，以使所述鋁電池達到截止電壓，其中所述截止電壓至少大於所述最小插層電壓，且所述截止電壓小於2伏特；使用所述截止電壓持續對所述鋁電池進行充電，以完成第一階段充電程序；進行所述第一階段充電程序以後，對所述鋁電池進行充電，以使所述鋁電池達到另一截止電壓，其中所述另一截止電壓至少大於所述多個插層電壓之間的另一插層電壓，且所述另一插層電壓不同於所述最小插層電壓；以及使用所述另一截止電壓持續對所述鋁電池進行充電，以完成第二階段充電程序，其中所述另一截止電壓大於2伏特。
- 如請求項1所述的鋁電池的管理方法，其中所述正極的材料包括石墨。
- 如請求項1所述的鋁電池的管理方法，其中使用所述截止電壓持續對所述鋁電池進行充電的時間介於1分鐘至20分鐘之間。
- 如請求項1所述的鋁電池的管理方法，其中所述第一階段充電程序以兩層為插層單元。
- 如請求項1所述的鋁電池的管理方法，其中所述鋁電池的管理方法適用於化成期間、消費者使用期間或其組合。
- 如請求項5所述的鋁電池的管理方法，其中所述鋁電池的管理方法至少用於所述化成期間。
- 如請求項1所述的鋁電池的管理方法，其中所述另一截止電壓不大於2.2伏特。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW110141777A TWI790812B (zh) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | 鋁電池的管理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW110141777A TWI790812B (zh) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | 鋁電池的管理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI790812B true TWI790812B (zh) | 2023-01-21 |
| TW202320385A TW202320385A (zh) | 2023-05-16 |
Family
ID=86670172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW110141777A TWI790812B (zh) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | 鋁電池的管理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI790812B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106558730A (zh) * | 2015-09-29 | 2017-04-05 | 南京中储新能源有限公司 | 二次铝电池 |
| CN108370011A (zh) * | 2015-10-08 | 2018-08-03 | 艾沃伦24有限责任公司 | 可充电式铝离子电池 |
| TWI685489B (zh) * | 2017-01-25 | 2020-02-21 | 財團法人工業技術研究院 | 鋁離子電池 |
-
2021
- 2021-11-10 TW TW110141777A patent/TWI790812B/zh active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106558730A (zh) * | 2015-09-29 | 2017-04-05 | 南京中储新能源有限公司 | 二次铝电池 |
| CN108370011A (zh) * | 2015-10-08 | 2018-08-03 | 艾沃伦24有限责任公司 | 可充电式铝离子电池 |
| TWI685489B (zh) * | 2017-01-25 | 2020-02-21 | 財團法人工業技術研究院 | 鋁離子電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202320385A (zh) | 2023-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Keshan et al. | Comparison of lead-acid and lithium ion batteries for stationary storage in off-grid energy systems | |
| KR101873329B1 (ko) | 리튬 이온 전지의 충전 방법 | |
| TWI505528B (zh) | 增加可充電式鋰電池組中之能量密度的技術 | |
| US11843272B2 (en) | Electronic device and method for improving battery cycling performance | |
| KR20080036591A (ko) | 리듐-이온 배터리용 제어 전자장치 | |
| CN109509927A (zh) | 一种锂离子电池的充电方式 | |
| US20210328450A1 (en) | Charging method for electrochemical device, electronic device and readable storage medium | |
| US20220209225A1 (en) | Multilayer anode and lithium secondary battery including the same | |
| US11081735B2 (en) | Method and apparatus for charging battery | |
| KR102086631B1 (ko) | 이차전지의 충전방법 및 충전장치 | |
| CN113991214A (zh) | 低温锂离子电池交流加热方法 | |
| TWI790812B (zh) | 鋁電池的管理方法 | |
| US10072331B2 (en) | Method for forming silicon film and method for manufacturing power storage device | |
| JP2021093312A (ja) | リチウムイオン電池の製造方法 | |
| US20140055085A1 (en) | Thin film battery charge control and method | |
| KR20130126344A (ko) | 리튬 이차 전지의 저온 충전 방법 | |
| CN112042039B (zh) | 电极组件和包括该电极组件的二次电池 | |
| KR102374369B1 (ko) | 전기화학소자용 음극 재료 및 이의 제조 방법 | |
| CN113632290B (zh) | 改善电池循环性能的方法和电子装置 | |
| KR20180021789A (ko) | 전극의 신속한 형성 | |
| TWI823215B (zh) | 電池 | |
| KR20210068163A (ko) | 리튬 이차전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 리튬 이차전지 | |
| Li et al. | Optimal control of film growth in dual lithium-ion battery energy storage system | |
| WO2023184338A1 (zh) | 电化学装置、充电方法和电子设备 | |
| Abd Rahman et al. | Performance review on small-medium scales energy storage system in term of investment aspect |