[发明专利]电压改变的混合型电化学电池设计

说明书

本发明涉及电压改变的混合型电化学电池设计。混合型锂离子电化学电池，包括：第一电极，其具有第一极性和可逆地循环锂离子、具有第一最大运行电压的第一电活性材料，和第二电极，其具有第一极性和具有第二最大运行电压的第二电活性材料。所述第二和第一最大运行电压之间的差定义预定电压差。还包括的是至少一个第三电极、分隔体和电解质，所述至少一个第三电极具有与第一极性相反的第二极性、包含可逆地循环锂离子的第三电活性材料。电压改变部件(例如二极管)与所述第一和第二电极电通信。在对应于充电的第一运行状态下，所述至少一个电压改变部件配置成诱发对应于所述预定电压差的电压降，提供高功率密度和高能量密度混合型锂离子电化学电池。

技术领域

引言

本部分涉及本公开的背景信息，其不一定是现有技术。

本公开涉及具有高能量容量和高功率容量的混合型锂离子电化学电池。混合型锂离子电化学电池包括具有第一极性和可逆地循环锂离子的第一电活性材料的第一电极和具有第一极性和不同于第一电活性材料的第二电活性材料的第二电极。在某些其中电极具有不同的电活性材料的某些情况中，它们可能在运行中受到预定电压差的限制。电压改变部件（例如二极管）与所述第一和第二电极电通信并提供对应于第一电极和第二电极之间的预定电压差的电压降。

背景技术

高能量密度的电化学电池，例如锂离子电池组可以用于各种消费产品和车辆，例如混合动力或电动车辆中。典型的锂离子电池组包括至少一个正电极或阴极、至少一个负电极或阳极、电解质材料和分隔体。锂离子电池组电池的堆叠可以在电化学装置中电连接以增加总输出。锂离子电池组通过使锂离子在负电极和正电极之间可逆地通过而运行。分隔体和电解质布置在负电极和正电极之间。电解质适合于传导锂离子并且可以是固体或液体形式。锂离子在电池组充电期间从阴极（正电极）移动到阳极（负电极），且在电池组放电时以相反的方向移动。堆叠中的每个负电极和正电极都与集流体（通常为金属，例如铜用于阳极和铝用于阴极）连接。在电池组使用期间，与两个电极相关联的集流体通过外部电路连接，该外部电路允许由电子产生的电流在电极之间通过，以补偿锂离子的传输。

电池组电池的电势差或电压由电极之间的化学势（例如费米能级）差来决定。在正常运行条件下，当电池组电池完全充电时，电极之间的电势差达到最大可达到值，而当电池组电池完全放电时，电极之间的电势差达到最小可达到值。当电极经由外部电路与执行所需功能的载荷（例如电动机）连接时，电池组电池将放电并且将获得最小可达到值。电池组电池中的每个负电极和正电极都与集流体（通常为金属，例如铜用于阳极和铝用于阴极）连接。与两个电极关联的集流体通过外部电路连接，该外部电路允许由电子产生的电流在电极之间通过，以补偿锂离子跨电池组电池的传输。例如，在电池放电期间，从负电极到正电极的内部Li⁺离子电流可以通过从电池组电池的负电极到正电极流经外部电路的电子电流来补偿。

可以使用许多不同的材料来制造锂离子电池组用部件。例如，用于锂电池组的正电极材料通常包含可嵌入或与锂离子反应的电活性材料，例如锂-过渡金属氧化物或混合氧化物，例如包括LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn_1.5Ni_0.5O₄、LiNi_(1-x-y)Co_xM_yO₂（其中0x1、y1且M可以是Al、Mn等），或一种或多种磷酸盐化合物，例如包括磷酸锂铁或混合磷酸锂锰铁。所述负电极通常包括锂嵌入材料或合金主体材料。例如，用于形成阳极的典型电活性材料包括石墨和其它形式的碳、硅和硅氧化物、锡和锡合金。