[发明专利]预测一类阴极材料的开路电势曲线随锂化而变的方法

说明书

本发明涉及预测一类阴极材料的开路电势曲线随锂化而变的方法。产生具有目标组成的电池组的电池组特性的方法包括确定具有不同比例的元素的两个类似电池组组成的开路电势（OCP）特性。将该OCP特性转换为dQ/dV特性并且线性组合以得到目标dQ/dV特性。对目标dQ/dV特性进行积分，以得到目标OCP特性。使由目标组成构造的电池组根据目标OCP特性来工作。

技术领域

本申请总体上涉及预测电池组的开路电势曲线的方法。

背景技术

锂离子电池组（LIB）在电力驱动和便携式电子设备应用二者中已成为工业标准。LIB基于锂离子在负电极（被称为阳极）和正电极（被称为阴极）之间的移动来工作。用于预测电池组的充电/放电行为的输入之一是相应的开路电压（OCV）曲线，该曲线将电池的平衡电压定义为荷电状态的函数。OCV对于特定电池组的组成是独特的，因为其依赖于阳极和阴极电极中发现的活性材料的热力学性质，其中各材料的各个开路电势（OCP）曲线直接影响整体OCV曲线的形状。

发明内容

方法包括确定用于锂离子电池组的阴极的一组预设元素，其包括第一元素和第二元素。方法包括确定该组的第一组成和第二组成，所述第一组成和第二组成包含不同比例的第一元素和第二元素。所述方法包括产生与第一组成对应的第一开路电势（OCP）特性和与第二组成对应的第二OCP特性，其中各个OCP特性将电压（V）定义为锂离子电池组的容量（Q）的函数。所述方法包括将第一OCP特性转换为第一dQ/dV特性，并且将第二OCP特性转换为第二dQ/dV特性。所述方法包括确定具有预设比例的第一元素的该组的第三组成。所述方法包括通过取第一dQ/dV特性的第一比例和第二dQ/dV特性的第二比例之和来产生第三组成的第三dQ/dV特性，其中通过预设比例限定第一比例，并且第一比例和第二比例总和为1。所述方法包括对第三dQ/dV特性进行积分，以产生与第三组成对应的第三OCP特性，并且使用第三OCP特性对由第三组成构成的电池组进行充电和放电。

第一组成可包含最小比例的第一元素和最大比例的第二元素。第二组成可包含最小化比例的第二元素和最大比例的第一元素。该组预设元素可包括至少两种不同的过渡金属氧化物组分，以使得在包括所述至少两种不同的过渡金属氧化物组分的一类材料内，锂化/脱锂特性中的氧化/还原库仑与对应的化学计量组成呈比例，并且氧化/还原过程发生时的电势大致相等。可通过存在于第二组成中的第一元素的较高比例和存在于第一组成中的第一元素的较低比例之间的第一差值来限定范围，并且可通过将预设比例和较低比例之间的第二差值除以该范围来限定第一比例。可通过对与各个第一组成和第二组成相对应的锂化特性和脱锂特性取平均来接近第一OCP特性和第二OCP特性。该组预设元素可包括Li、Ni、Co、M1和O，其中M1对应于过渡金属，并且第一元素是Ni，且第二元素是Co。该组预设元素可包括Li、Ni、O和M1，其中M1为Al、Mn或Mg中的一种，并且第一元素为Ni，且第二元素为M1。该组预设元素可包括Li、O、M1和M2，其中M1和M2为不同的过渡金属氧化物组分。

电池组管理系统包括存储器，其用于存储与用于电池组的阴极的多种组成相对应的多种特性。所述电池组管理系统包括控制器，其被编程为通过对接收目标组成的参数进行响应来(i)确定目标组成所属的一类组成，(ii)从存储器中检索与第一组成对应的第一特性和与第二组成对应的第二特性，以使得第一组成和第二组成属于该类，(iii)通过取第一特性的第一比例和第二特性的第二比例之和来产生目标组成的开路电势（OCP）特性，其中通过存在于目标组成中的第一元素的目标比例限定第一比例，和(iv)根据所述OCP特性对所述电池组进行充电和放电。

目标比例可在限定第一组成中的第一元素的比例的第一边缘比例与限定第二组成中的第一元素的比例的第二边缘比例之间。第一组成和第二组成可包含第一元素和第二元素，并且第一组成可包含最大比例的第一元素和最小比例的第二元素。第一特性可为第一组成OCP特性，并且第二特性可为第二组成OCP特性。第一特性可为第一组成的dQ/dV特性，并且第二特性可为第二组成的dQ/dV特性。产生目标组成的OCP特性进一步包括对由取第一特性的第一比例和第二特性的第二比例之和得到的dQ/dV特性进行积分。