[发明专利]用于估算包含混合正极材料的二次电池的充电状态的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及对二次电池的充电状态(SOC)进行估算的方法和设备。

本发明主张2012年6月13日在韩国提交的韩国专利申请10-2012-0063329号和2013年3月15日在韩国提交的韩国专利申请10-2013-0028297号的优先权，通过参考将其内容并入本文中。

背景技术

电池通过氧化和还原反应产生电能并以多种方式被广泛应用。例如，电池应用于：便携式装置如移动电话、膝上型电脑、数字照相机、摄像机、台式计算机和电动工具；电动设备如电动自行车、摩托车、电动车辆、混合动力车辆、电动轮船和电动飞机；动力存储装置，所述动力存储装置用于存储由新再生能源产生的电力或发电站的剩余能量；用于向各种信息通信装置如服务器计算机和通信用基站稳定供应电力的不间断电源等。

电池包括三种基本部件：负极，所述负极包含在放电期间发射电子同时被氧化的材料；正极，正极包含在放电期间接受电子同时被还原的材料；和电解质，所述电解质使得运行离子在负极与正极之间迁移。

电池可以分为：原电池，所述原电池在放电之后不能再使用；和二次电池，所述二次电池允许重复充电和放电，因为其电化学反应至少部分可逆。

如同本领域所熟知的，二次电池包含铅酸电池、镍-镉电池、镍-锌电池、镍-铁电池、氧化银电池、镍金属氢化物电池、锌-锰氧化物电池、锌-溴化物电池、金属-空气电池、锂二次电池等。其中，锂二次电池由于其比其他二次电池具有更高的能量密度、更高的电池电压和更长的寿命循环而引起了极大关注。

在锂二次电池中，用作正极材料的材料大大影响二次电池的性能。因此，为了提供具有高温稳定性、大能量容量、长寿命和低制造成本的正极材料，已经进行了各种尝试。

发明内容

技术问题

本发明涉及提供：混合正极材料，所述混合正极材料可以通过混合至少两种正极材料弥补个体正极材料的不足；和用于对包含所述混合正极材料的二次电池的SOC进行估算的设备和方法。

技术方案

在本发明的一个方面中，提供一种用于对二次电池的充电状态(SOC)进行估算的设备，所述二次电池包含：(i)正极，所述正极包含具有第一正极材料和第二正极材料的混合正极材料，其中所述第一正极材料和第二正极材料具有不同的运行电压范围；(ii)包含负极材料的负极；和(iii)隔膜，所述隔膜用于将所述正极与所述负极隔开，所述设备包含：传感器，所述传感器被构造为在二次电池充电期间对所述二次电池的动态电压进行测量；和控制单元，所述控制单元被构造为将所述二次电池的动态电压曲线识别为过渡区域电压图案、计算所述过渡区域电压图案的参数并通过使用所述参数与所述SOC之间的预定关系根据计算的参数对所述二次电池的SOC进行估算。

此处，SOC表示存储在二次电池中的电能的量并认为是充电状态的参数。SOC可以使用参数SOC和z来定量表达。当SOC以百分比表达时，使用SOC参数，且当SOC表达为不大于1的值时，使用z参数。利用安培计可以测量SOC，且不限制于此。

另外，过渡区域电压图案指的是具有拐点且形状随拐点而发生曲率变化的电压曲线。例如，曲率从凹入形状变为凸起形状。在其中当二次电池充电的时反应动力学发生变化的SOC区域中产生过渡区域电压图案。在其他情况中，在其中主要与运行离子反应的正极材料的类型变化的SOC区域中产生过渡区域电压图案。下文中，为了方便，将其中产生过渡区域电压图案的SOC区域定义为过渡区域。

另外，动态电压指的是在对二次电池进行充电或放电的同时测量的电压。因此，即使二次电池的SOC相同，动态电压仍与在二次电池处于无负载状态时测量的开路电压不同。这种不同是由在二次电池充电或放电时所发生的IR效应、极化效应等造成的。然而，动态电压具有与随SOC变化而变化的开路电压类似的变化图案。例如，如果开路电压的曲线在特定SOC区域内具有曲率变化，则动态电压曲线也在相同SOC区域中具有曲率变化。

运行离子指的是在二次电池充电或放电时与第一正极材料和第二正极材料电化学反应的离子。运行离子可以随二次电池的类型变化。例如，在锂二次电池的情况中，运行离子可以为锂离子。