增加充电锂电池单元中的能量密度制造技术

本发明专利技术的一些实施方式提供了改进的充电锂电池。这种充电锂电池包括具有阴极活性材料涂层的阴极集电器。它还包括电解质隔膜和具有阳极活性材料涂层的阳极集电器。在这种充电电池中，所述阴极活性材料涂层的厚度和所述阳极活性材料涂层的厚度被选择成使得，当利用多步恒定电流恒定电压(CC-CV)充电技术给所述电池充电时，所述电池将在预定的最大充电时间内充电，具有预定的最小循环寿命。应当指出，利用所述多步CC-CV充电技术代替传统充电技术允许所述阴极活性材料的厚度和所述阳极活性材料的厚度增加，同时维持相同的预定最大充电时间和相同的预定最小循环寿命。活性材料厚度的这种增加有效地增加了电池单元的按体积测量和按比重测量的能量密度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于给充电电池充电的技术。更具体而言，本专利技术涉及一种方便增加锂离子或锂聚合物电池单元的能量密度的新型充电技术。
技术介绍
充电电池当前用于向广泛多种便携式电子设备提供电力，包括膝上型计算机、蜂窝电话、PDA、数字音乐播放器和无绳电动工具。随着这些电子设备变得越来越小而且越来越强大，用于给这些设备供电的电池需要在更小的体积中存储更多的能量。最普遍使用的充电电池类型是锂电池，其可以包括锂离子或锂聚合物电池。锂离子和锂聚合物电池单元一般包含阴极集电器；由活性材料组成的阴极涂层；隔膜；阳极集 电器；及由活性材料组成的阳极涂层。用于增加锂离子或锂聚合物电池单元的能量容量(mAh)的传统技术涉及增加阳极和阴极集电器的长度，及附加地增加其各自涂层材料的长度，其中这些涂层材料的厚度和用于集电器的充电电流密度(mA/cm2)保持相同。然而，应当指出，当电池容量增加时，增加这些集电器的面积导致相同或更低的按体积测量的能量密度(Wh/L)。由此，电池变得更大，这对于许多便携式电子设备是不现实的。由此，所需要的是一种在不增加电池单元的大小的情况下用于增加充电锂电池单元的能量容量的技术。
技术实现思路
本专利技术的有些实施方式提供了一种改进的充电锂电池。这种充电锂电池包括具有阴极活性材料涂层的阴极集电器。它还包括电解质隔膜和具有阳极活性材料涂层的阳极集电器。在这种充电电池中，阴极活性材料涂层的厚度和阳极活性材料涂层的厚度被选择成使得，当利用多步恒定电流恒定电压(CC-CV)充电技术给所述电池充电时，所述电池将在预定的最大充电时间内充电，具有预定的最小循环寿命。应当指出，利用多步CC-CV充电技术代替传统充电技术允许增加阴极活性材料的厚度和阳极活性材料的厚度，同时维持相同的预定最大充电时间和相同的预定最小循环寿命。活性材料厚度的这种增加有效地增加了电池单元的按体积测量和按比重测量的能量密度。在有些实施方式中，用于多步CC-CV充电技术的初始充电电流密度超出了用于实现相同预定最小循环寿命的单步CC-CV充电技术的初始充电电流密度。在有些实施方式中，用于多步CC-CV充电技术的初始充电电流密度超过了 2. 5mA/2cm ο在有些实施方式中，阴极集电器由铝组成；阴极活性材料的涂层由LiCoO2组成；阳极集电器由铜组成；阳极活性材料的涂层由石墨组成；而电解质隔膜由聚乙烯或聚丙烯组成。在有些实施方式中，阴极具有涂有阴极活性材料的第一表面和第二表面。类似地，阳极具有覆盖有阳极活性材料的第一表面和第二表面。另外，电解质隔膜包括位于阴极的第一表面和阳极的第二表面之间的第一电解质隔膜；及位于阴极的第二表面和阳极的第一表面之间的第二电解质隔膜。本专利技术的其它实施方式提供了利用多步恒定电流恒定电压(CC-CV)充电技术给电池充电的方法。在这种技术下，系统首先获得一组充电电流U1, ...，InI和一组充电电压Iv1,...，VJ。接下来，系统重复一系列恒定电流和恒定电压充电步骤，以i = I开始并且每次重复都递增i，直到到达终止条件。这些恒定电流和恒定电压充电步骤包括利用恒定电流Ii给电池充电，直到电池的 电池电压达到Vi ;然后利用恒定电压Vi给电池充电，直到充电电流小于或等于Ii+1。通过利用这种多步CC-CV充电技术，电池在预定的最大充电时间内充电，具有预定的最小循环寿命。而且，与初始充电电流I1关联的初始充电电流密度超过了用于实现相同预定最小循环寿命的单步CC-CV充电技术的初始充电电流密度。在有些实施方式中，这组充电电流和这组充电电压是通过基于所测量到的电池温度在查找表中查找这组充电电流和这组充电电压来获得的。在有些实施方式中，当充电电流Ii等于终止充电电流Itom时，到达终止条件。附图说明本说明书包含至少一个彩色制成的附图。在提出请求并支付必要费用的情况下，具有彩色附图的本专利或专利申请公报的副本将由专利局提供。图I例示了根据本专利技术实施方式的电池循环寿命如何受充电电流影响。图2例示了根据本专利技术实施方式的电池循环寿命如何受充电电流密度影响。图3例示了根据本专利技术实施方式的用于利用CC-CV充电技术给电池充电的系统。图4给出了根据本专利技术实施方式的例示在多步CC-CV充电技术中所涉及的操作的流程图。图5例示了传统单步CC-CV充电技术的性能。图6例示了根据本专利技术实施方式的多步CC-CV充电技术的性能。 图7例示了根据本专利技术实施方式的在传统和多步CC-CV充电技术下在23°C电池如何随循环寿命衰减。图8例示了根据本专利技术实施方式的在传统和多步CC-CV充电技术下在10°C电池如何随循环寿命衰减。图9例示了传统电池单元的结构。图10例示了根据本专利技术实施方式的具有较厚的阴极和阳极涂层并使用多步CC-CV充电技术的新型电池单元的结构。具体实施例方式给出以下描述是为了使任何本领域技术人员都能够制造和使用本专利技术，而且以下描述是在特定应用及其需求的背景下提供的。对所公开实施方式的各种修改对本领域技术人员将是很显然的，而且，在不背离本专利技术主旨与范围的情况下，这里所定义的通用原理可以应用到其它实施方式和应用。因此，本专利技术不限于所示出的实施方式，而是要符合与这里所公开的原理和特征一致的最广范围。该具体实施方式部分中所描述的数据结构与代码一般存储在计算机可读存储介质中，该介质可以是可以存储由计算机系统使用的代码和/或数据的任何设备或介质。计算机可读存储介质包括但不限于，易失性存储器、非易失性存储器、磁和光存储设备(例如，盘驱动器、磁带、CD (紧凑盘)、DVD (数字多功能盘或数字视频盘))，或者现在已知或以后开发的能够存储代码和/或数据的其它介质。该具体实施方式部分中所描述的方法和处理可以体现为代码和/或数据，这些代码和/或数据可以存储在以上所述的计算机可读存储介质中。当计算机系统读取并执行存储在计算机可读存储介质上的代码和/或数据时，计算 机系统执行体现为数据结构和代码并存储在计算机可读存储介质中的方法和处理。此外，以下所描述的方法和处理可以包括在硬件模块中。例如，硬件模块可以包括但不限于，专用集成电路(ASIC)芯片、场可编程门阵列(FPGA)及现在已知或以后开发的其它可编程逻辑器件。当硬件模块被激活时，该硬件模块执行包括在该硬件模块中的方法和处理。鍵本专利技术增加了充电锂电池单元的按体积测量和按比重测量的能量密度(Wh/L)。能量密度的这种增加方便把电池单元制造得更小，这允许便携式电子设备中可用的有限空间可以被更有效地利用。例如，节省下来的空间可以用于把附加的特征件结合到电子设备中，或者提供更多的电池容量，这增加了电池的运行寿命。本专利技术背后的基本想法很简单。通过在不增加所关联的集电器或隔膜的长度与宽度的情况下增加阳极和阴极集电器上活性材料涂层的厚度，来增加电池容量。应当指出，隔膜、阳极集电器和阴极集电器是电池单元中的非活性部件。因此，增加这些部件的表面积不增加电池单元的按比重测量或按体积测量的能量密度。本专利技术通过增加阴极和阳极上活性材料涂层的厚度并且还减小非活性材料的面积来增加电池单元的能量密度。这是通过使用新的多步CC-CV充电技术在不减少电池的循环寿命的情况下来完成的，这种新的多步CC-CV充电技术在电池单元达到较高的充电状态(SOC)(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·C·比哈德瓦基，黄太燮，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：