[发明专利]锂可再充电蓄电池

说明书

相关申请的交叉引用

本美国非临时专利申请根据35U.S.C§119要求2010年11月2日提交的韩国专利申请No.10-2010-0108162的优先权，将其其人全部内容引入本文作为参考。

技术领域

本公开内容于此涉及锂可再充电蓄电池(battery)，且更特别地涉及了用于以能量采集器(energy harvesting device)自充电的锂可再充电蓄电池。

背景技术

能量采集器通常采用将存在于环境中的能量例如光、热、振动/压力、无线电波等转化成电能的原理。典型的能量采集器包括：通过光电效应将光直接转化成电的光伏电池(cell)、通过压电效应将振动或压力转化成电的压电器件、以及通过热电效应将热直接转化成电的热电器件。然而，由于包括光、热、振动/压力、无线电波等的能量来源的空间和环境限制，实质上不可能长期产生稳定的输出。由于由单个能量采集器产生的电压通常为1伏或更低，当将这些器件应用于其它器件时，必须要求串联连接或模块化。而且，当周围能量的供应长期中断时，能量采集器应用于其中的器件的驱动可停止。

近来，已经积极地进行了对将作为能量储备器的可再充电蓄电池连接到能量采集器中的研究以克服这些缺点。即，已经尝试自充电电源模块的开发，其确保能量采集器产生的全部电能实时地充进可再充电蓄电池中并且储存在所述可再充电蓄电池中的所述能量稳定地提供给另外的器件。然而，因为通过能量采集器的能量产生基本上是无规律的且输出既不平稳(steady)也不稳定(stable)，将该产生的能量安全储存到可再充电蓄电池中已经成为日益重要的问题。

自充电电源模块可替换应用于传感器节点的典型的一次电池。特别地，该自充电电源模块有利地应用于安装在不能有线充电(wired charging)和容易地更换蓄电池的环境中的独立电源设备。因此，对于应用于自充电电源模块的可再充电蓄电池而言，耐久性和安全性是关键考虑因素。应用于自充电电源模块的可再充电蓄电池应该能够被高速充电，使得它们可容易地在不规律的充电环境下应用，具有高的充电效率，且是可靠的和长寿命的蓄电池以确保循环稳定性和电池安全性。

发明内容

本发明提供适合于自充电电源模块的锂可再充电蓄电池，其可控制标称电压和使用的工作电压，容许在该蓄电池充电和放电时的电压图案(pattern)的控制，在使用能量采集器的充电环境下容易地充电，且具有优异的电池可靠性。

本发明的实施方式提供包括如下的锂可再充电蓄电池：包括正极集流体层和正极层的正极板；与所述正极板隔开的负极板，所述负极板包括负极集流体层和负极层；和设置在所述正极板和所述负极板之间的聚合物电解质，其中所述正极层和所述负极层的至少一个包括混合正极活性材料或混合负极活性材料。

在一些实施方式中，所述混合正极活性材料可包括以1∶99～99∶1的重量比率混合的橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO₄)和锂过渡金属氧化物，其中所述橄榄石型磷酸铁锂包覆有碳颗粒并具有纳米尺寸，其中所述锂过渡金属氧化物包括过渡金属且未掺杂有或者掺杂有选自铝、铁、铜、钛和镁的杂质，且所述过渡金属选自镍、钴和锰。

在另外的实施方式中，所述混合负极活性材料可包括以99∶1～1∶99的重量比率混合的尖晶石锂钛氧化物(Li₄Ti₅O₁₂）和锂钛氧化物纳米管(Li_xTiO₂，0＜x＜2)。

在另一些实施方式中，所述正极层可包括橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO₄)、未掺杂有杂质的锂过渡金属氧化物或掺杂有杂质的锂过渡金属氧化物中的单一正极活性材料，其中所述橄榄石型磷酸铁锂包覆有碳颗粒并具有纳米尺寸，其中所述锂过渡金属氧化物包括过渡金属且未掺杂有或者掺杂有选自铝、铁、铜、钛和镁的杂质，且所述过渡金属选自镍、钴和锰。

在另一些实施方式中，所述负极层可包括碳基或非碳基材料中的单一负极活性材料，所述碳基材料包括硬碳、软碳或石墨，和所述非碳基材料包括尖晶石锂钛氧化物(Li₄Ti₅O₁₂)或锂钛氧化物纳米管(Li_xTiO₂，0＜x＜2)。

在另一些实施方式中，所述聚合物电解质可包括包含聚合物基体、无机添加剂和盐的有机电解质溶液。