【技术实现步骤摘要】
二次锂金属电池充电以用氧化还原穿梭添加剂再活化死锂的方法及结合方法的电池控制系统相关申请信息本申请要求于2019年4月12日提交的名称为“MethodofUsingElectrolyteRedoxShuttlingAdditivestoReactivatetheDeadLithiuminRechargeableLithiumMetalAnodeBatteries”的美国临时专利申请第62/832,974号的优先权的权益,其以其整体通过引用并入本文。
本专利技术大体上涉及用于二次锂金属电池的电池控制系统的领域。具体地,本专利技术涉及对二次锂金属电池充电以再活化被电隔离的死锂的方法以及用于进行该方法的电池控制系统。
技术介绍
二次(也被称为可充电)锂金属电池由于它们提供显著较高的能量密度而为下一代能量存储设备提供了广阔的前景。与常规的锂离子电池不同,该锂离子电池包含由插层材料例如石墨形成的负极(也被称为负电极),锂金属电池负极由耦合至集电器的锂金属例如锂金属的薄的片材形成。锂离子电池的插层负极仅提供用于锂离子的主体结构并且不有助于能量储存。相反地,锂金属电池负极部分地由锂金属形成,其有助于能量储存,由此显著地增加体积能量密度和重量能量密度。在锂金属电池的充电和放电循环期间,锂金属在充电期间被沉积至负极上并且在放电期间从负极被剥离。在负极的表面上的锂的形态贯穿电池的寿命都会变化并且受各种变量影响。锂金属的锐利的枝晶,也被称为树枝状晶体,经常在锂金属负极的表面上形成。此外,固体-电解质中间相( ...
【技术保护点】
1.一种锂金属电池充电的方法,所述锂金属电池具有正常操作充电电压上限(V
【技术特征摘要】
20190412 US 62/832,974;20190802 US 16/530,7881.一种锂金属电池充电的方法,所述锂金属电池具有正常操作充电电压上限(VUL)、具有大于VUL的氧化电势的氧化还原穿梭添加剂、以及具有集电器和与所述集电器电隔离的死锂的锂金属负极,所述方法包括:
在锂再活化充电电压下对所述锂金属电池充电,所述锂再活化充电电压大于VUL;
氧化所述氧化还原穿梭添加剂以形成氧化还原穿梭添加剂阳离子-自由基;
将所述阳离子-自由基与所述死锂反应以形成中性氧化还原穿梭添加剂和锂离子;以及
将所述锂离子再沉积在所述负极上。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述锂金属电池包括电解质,所述方法还包括确定所述氧化还原穿梭添加剂和其阳离子-自由基在所述电解质中的扩散极限,并且根据所述扩散极限确定锂再活化充电电流。
3.根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括监测所述锂金属电池的电压并且响应于所述锂金属电池的所述电压超过所述锂再活化充电电压而减少锂再活化充电电流。
4.根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括监测所述锂金属电池的温度并且根据被监测的所述温度确定锂再活化充电电流。
5.根据权利要求4所述的方法,所述方法还包括响应于被监测的所述温度的改变而增加或减少所述锂再活化充电电流。
6.根据权利要求1所述的方法,其中所述锂金属负极包括具有厚度的锂的层,其中,当所述电池最初制造时并且在所述电池的初始充电之前,所述锂的层的所述厚度小于50μm。
7.根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括确定开始锂再活化充电过程并且响应于确定开始所述锂再活化充电过程进行所述充电、氧化、反应和再沉积步骤。
8.根据权利要求7所述的方法,其中所述确定开始锂再活化充电过程的步骤包括监测所述锂金属电池的压力、所述锂金属电池的阻抗和充电-放电循环的数目中的至少一个,并且当所述被监测的压力、阻抗和充电-放电循环中的一个或更多个超过相应的阈值时在所述锂再活化充电电压下充电。
9.根据权利要求1所述的方法,其中所述氧化还原穿梭添加剂是以下中的一个或更多个:2,5-二叔丁基-1,4-双(2-甲氧基乙氧基)苯(DBBB)、2,5-二叔丁基-1,4-双(甲氧基)苯(DDB)、2,5-二叔丁基-1,4-双(2,2,2-三氟乙氧基)苯(DBDFB)、2,5-二叔丁基-1,4-双(2,2,3,3-四氟丙氧基)苯(DBTFP)、2,5-二叔丁基-1,4-双(4,4,4,3,2,2-六氟丁氧基)苯(DBHFB)、2,7-二乙酰基噻蒽、2,7-二溴噻蒽、2,7-二异丁酰基噻蒽、2-乙酰基噻蒽、2,5-二氟-1,4-二甲氧基苯(DFDB)、2-(五氟苯基)-四氟-1,3,2-苯并二氧硼烷、Li2B12F12、四乙基-2,5-二叔丁基-1,4-亚苯基二磷酸(TEDBPDP)、1,4-双[双(1-甲基乙基)氧膦基]-2,5-二甲氧基苯(BPDB)、1,4-双[双(1-甲基)氧膦基]-2,5-二氟-3,6-二甲氧基苯(BPDFDB)、五氟苯基-四氟苄基-1,2-二氧杂硼酮(PFPTFBDB)、二茂铁和其衍生物、吩噻嗪衍生物、N,N-二烷基-二氢吩嗪、2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)、Li2B12H12-xFx(x=9和12)。
10.根据权利要求1所述的方法,其中所述锂金属电池包括具有在所述电池的放电期间接收锂离子的插层部位的正极,并且其中VUL是与其中基本上所有的储存在所述插层部位中的所述锂离子已经被除去的条件或其中从所述正极进一步除去锂离子将损坏所述正极的条件相对应的电压。
11.根据权利要求1所述的方法,其中所述锂再活化充电电压小于电压安全极限,其中在所述电压安全极限之上开始发生不希望的化学反应。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述锂金属电池包括电解质和正极,其中所述不希望的化学反应包括导致一个或更多个气体的产生的所述电解质的氧化和所述正极的分解中的至少一个。
13.一种锂金属电池充电的方法,所述锂金属电池具有正极和氧化还原穿梭添加剂,所述方法包括:
确定在所述锂金属电池的负极上的死锂的可能性;以及
响应于所述被确定的可能性大于阈值而开始锂再活化充电过程;
其中所述...
【专利技术属性】
技术研发人员:甘宏,M·金,胡启朝,
申请(专利权)人:麻省固能控股有限公司,
类型:发明
国别省市:新加坡;SG
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