[发明专利]增加快速充电锂离子电池的循环寿命

说明书

本发明提供了增加快速充电锂离子电池的循环寿命。提供了增加快速充电锂离子电池的循环寿命的方法、系统和电池模块。在化成过程期间，可根据化成过程本身的特征调节充电电流以最优化使电池化成，并且因为是化成过程的总体结构，因此放电程度也是局部的且优化的。在操作期间，电压范围最初被设为较窄的，并且基于电池劣化进行拓宽以最大化整体寿命。相对于劣化电池容量，在操作中也应用了电流调节。基于具体的最优化公开了各种化成和操作策略。

相关申请的引用

本申请要求于2017年1月12日提交的美国临时专利申请第62/445,299号的权益，将其全部通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及锂离子电池的领域，且更具体地，涉及增加快速充电锂离子电池的循环寿命的化成过程和操作模式。

背景技术

锂离子电池通常用作用于向各种设备和电器供电的能量存储设备，并且通过锂离子从电解质到阳极材料(石墨阳极情况下的插层)的锂化的操作，其中，在最初的充电和放电循环中，SEI(固体电解质中间相)层通过电解质组件和阳极表面上的锂离子之间的相互作用化成，并且适当地支持随后在电池的电池容量、循环寿命和劣化机理方面的操作。

发明内容

以下是提供对本发明的初步了解的简化概要。该概要既不一定识别关键要素也不限制本发明的范围，而仅用作以下说明书的介绍。

本发明一方面提供延长锂离子电池的循环寿命的方法，该方法包括：通过以下步骤进行电池的化成过程：以小于C/30的倍率进行使电池完全充电并使电池连续放电的第一循环，并且连续进行多个充电-放电循环；并且，最初以小于1.5V的窄电压范围操作电池并且随后，当检测到电池容量的规定的劣化时，以至少以一个大于1.5V的较宽电压范围操作电池。

本发明的这些附加的和/或其他方面和/或优势在随后的详细说明中阐述；其可能从详细说明中推断；和/或可通过本发明的实践来习得。

附图说明

为了更好地理解本发明的实施方式并且示出如何实施本发明，现在将仅作为示例参考附图，其中相同的标号始终指示相应的元件或部分。

在附图中：

图1至图3A和图3B是根据本发明的一些实施方式的用于增加快速充电锂离子电池的循环寿命的系统和方法的高级示意图。

图4和图5提供了根据本发明的一些实施方式的用于化成处理的非限制性实例。

图6提供了根据本发明的一些实施方式的示出相对于使用恒定充电电流，当在第一循环中使用电流调节时对循环寿命的额外改善的非限制性实例。

图7是根据本发明的一些实施方式的两个化成处理的非限制性实例。

图8是根据本发明的一些实施方式的在以电池循环配置为特征的SEI化成过程中充电的快速充电锂离子电池的高级示意图。

图9至图11是根据本发明的一些实施方式的操作快速充电锂离子电池的高级示意图。

图12是根据本发明的一些实施方式的将用于操作快速充电锂离子电池单元或者电池的参数控制在多个电压范围内的高级示意图。

图13是根据本发明的一些实施方式的以多个电压范围操作快速充电锂离子电池单元或者电池的高级示意图。

图14A和图14B根据本发明的一些实施方式表明指示当根据公开的方案操作时，快速充电电池的性能改进的结果。

图15提供了根据本发明的一些实施方式的以根据电池的劣化容量调节充电电流来操作的增加循环寿命的电池的非限制性实例。

图16A至图16C提供了根据本发明的一些实施方式的对应于电池劣化的电流调节的实例。