可于宽温度范围提供高放电脉冲的锂电池组件及形成方法技术

本发明专利技术公开了一种可于宽温度范围提供高放电脉冲的锂电池组件及形成方法，该锂电池组件包括一次锂/卤氧化物电池以及与该一次锂/卤氧化物电池通过导电连接简单并联的可充电二次锂离子电池，该可充电二次锂离子电池充满状态下的开路电压高于并联的一次锂/卤氧化物电池。本发明专利技术的锂电池组件，由于可充电二次锂离子电池充满状态下的开路电压高于并联的一次锂/卤氧化物电池，从而使两者并联且负载端开路条件下可充电二次锂离子电池低于充满状态，从而减轻老化以及副反应导致的自放电现象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种。
技术介绍
随着无线通讯技术的快速发展，移动设备已经全面数字化而功能也日趋复杂。相应的，设备工作模式对电源的需求转为瞬时大电流脉冲用于传输无线数据。以全球移动通信系统(GSM)为例，其典型需求为2A、500ms脉冲电流。另以近年快速发展的智能抄表(AMR)系统为例，其具有自动采集数字化水表、电表读数能力，通过无线通讯定期将数据传输至移动收集终端，并进一步上传中央管理平台。应用于此类AMR系统的电源应具备长寿命、瞬时大电流放电、以及因应户外条件的宽工作温高度范围的能力。在传统的移动设备单电池电源系统中，锂/卤氧化物一次电化学电池例如锂/亚硫酰氯(Li/S0Cl2)或锂/硫酰氯(Li/S02Cl2)电池以其高能量密度、长使用寿命、和相对宽的工作温度范围，可作为一类重要的解决方案。此类系统典型的用电需求，一般包括一个低至数毫安级的持续背景电流，和间歇性的数十毫安至数安培级的短电流脉冲，其中脉冲宽度在毫秒级别。然而，在开路或低电流条件下，锂/卤氧化物电池的阳极会在表面形成钝化层，严重降低电池的可用工作电流。在此情况下，高电流放电脉冲会导致电池输出电压急剧下降至较低水平，而不能驱动相应的用电器件。通过在电池电解质中加入添加剂，例如聚氯乙稀(Polyvinyl Chloride)、三氧化硫(S03)，可提升钝化层电导率而部分改善相关问题，但钝化过程依然存在。同时添加剂效果会随时间在数月内减弱，相对于此类电池数年的工作寿命，对整体电池性能提升有限。另外的可能解决方式包括改变电池结构设计从碳包式(Bobbin)至卷绕式(Jelly-Roll)，以获得更大的电极表面积从而提升放电功率。然而此方式不仅不能解决电极钝化问题，电池在特定条件下，例如短路、挤压、穿刺等，存在较高的爆炸风险。关于其它解决方案，本领域已知将具有高放电功率的电容器件与一次电化学电池并联的组合，用以提高瞬间放电的能力。其中一种前例电路1简图如图1所示，包括一个一次电化学电池2，以及与之并联的电容器件3。这种方式能够一定程度上减低两接入端4、5间进行大电流放电时的电压降问题。电路1典型的工作方式为电容器3由一次电池2充电至两者电压相等。当接入端4、5间开路时一次电池2提供小电流予电容器3以补偿其漏电流。当接入端4、5间接入负载而需要电路1提供大电流时，部分电流可由电容器3输出从而降低了对一次电池2的电流需求。因此在电容器3可放电容量内，一次电池2因高电流放电导致的低电压输出问题可以减轻。然而，上述方案可应用范围较小。主要原因为:若维持电容器件3电压在负载工作周期内的电压在特定水平，考虑到前述通讯器件所需脉冲能量，要求电容器3具有极大电容值。而典型的具有极大电容值的电容器对于绝大多数应用来说，其成本过于昂贵以及体积不可接受。前例W0专利2007097534(Chung Se_II等)将上述电容器件3替换为双电层电容(Electric Double - Layer Capacitor，EDLC)或超级电容。超级电容具有远高于常见电解电容器的电容值(同体积条件下典型值为电解电容数百倍)，因而可以部分减低因电容体积庞大导致的实用性问题。然而此类替换不能解决漏电流的问题。超级电容器因其高自放电率导致的容量损失可达50% /月，远高于一般锂离子电池的5% /月(Danilo Porcarelli 等，Networked Sensing Systems(INSS), 2012Ninth Internat1nalConference on, pagesl-4, 2012)。考虑到超级电容器的高电容值和相应的高储电能力，其开路条件下相对较大的漏电损失会严重消耗与之配合的一次电池容量，而影响电源的工作寿命οUS专利8，119, 276 (Arden P.Johnson等)描述了述了一种并联一次锂/齒氧化物电池和二次锂离子电池的复合电源系统。二次电池代替电容器件可以改善通讯应用中放电容量不足的问题。然而，其电源系统特別限定“二次电池在完全充满状态下较全新一次电化学电池开路电压低约0.05V至约0.8V”。因而此前例中的可充电二次电池在所述电源中有过充的风险，而导致电解液分解或短路等安全问题。虽然所述复合电源系统可包含串联于一次电池和二次电池之间的二极管元件以保护二次电池。由于二极管两端电压降会随时间及使用条件变化，因此问题并未完全解决。另外在所述前例理想条件下，其中锂离子二次电池在电源无负载情况下处于被一次电池充满或略微过充的状态。而锂离子电池在充满或过充状态下负极表面极化较强，从而更易发生副反应而导致漏电以及容量损失，最终缩短电池系统的使用寿命。US专利5，998，052(Yamin等)描述了一种包含一次电池和二次可充电电池的复合电源系统。同样的，二次电池代替电容器件可以改善通讯应用中放电容量不足的问题。然而其中一次电池及二次电池的组合方式限于:二次电池置于一次电池中、一次电池置于二次电池中、以及一次电池与二次电池在印刷电路板上以导电连接并联。这种设计使得所述复合电池系统制造过程复杂以及成本较高。同时令其中任意一个电池不能正常工作时元件更换困难，而进一步提高应用中的维护成本。其外，所述前例中对二次锂离子电池的结构并无限制。考虑到锂离子电池的较差低温性能(典型工作温度>-10°C )，此类复合电池电源在户外通讯以及智能抄表系统等领域中的应用有限。
技术实现思路
本专利技术的实施方案提供一种基于前例的改进型复合电源系统，即锂电池组件，该锂电池组件可于宽温度范围提供高放电脉冲，还提供该锂电池组件的形成方法。根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种可于宽温度范围提供高放电脉冲的锂电池组件，该锂电池组件包括一个或多个一次锂/卤氧化物电池以及与其通过导电连接简单并联的可充电二次锂离子电池；特别的，其中可充电二次锂离子电池充满状态下的开路电压高于并联的上述一次锂/卤氧化物电池，从而使两者并联且负载端开路条件下可充电二次锂离子电池低于充满状态，以减轻老化以及副反应导致的自放电现象。 作为本专利技术的进一步改进的实施方案，上述可充电二次锂离子电池中包含阴极材料和阳极复合碳质材料，上述阴极材料可逆地结合锂离子的容量与上述阳极复合碳质材料以LiC6B式可逆地结合锂离子的容量之比在0.5:1至2:1之间，以减轻充电过程中锂离子插入碳质材料时锂金属在其表面的沉积形成枝晶以及发生副反应的风险。根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供一种形成第一方面所述的锂电池组件的方法，该方法包括将按照应用需求计算类型容量的一次锂/卤氧化物电池及可充电二次锂离子电池通过导电连接简单并联，其中根据所选择的一次锂/卤氧化物电池类型，选择可充电二次锂离子电池充满状态下的开路电压高于并联的一次锂/卤氧化物电池，使两者并联且负载端开路条件下可充电二次锂离子电池的电压低于充满状态。作为本专利技术的进一步改进的实施方案，上述方法还包括调整可充电二次锂离子电池中阴极材料和阳极复合碳质材料的比例，使得上述阴极材料可逆地结合锂离子的容量与上述阳极复合碳质材料以LiC6B式可逆地结合锂离子的容量之比在0.5:1至2:1之间。本专利技术的实施方案提供的锂电池组件，由于可充电二次锂离子电池充满状态下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可于宽温度范围提供高放电脉冲的锂电池组件，其特征在于，所述锂电池组件包括一次锂/卤氧化物电池以及与所述一次锂/卤氧化物电池通过导电连接简单并联的可充电二次锂离子电池，所述可充电二次锂离子电池充满状态下的开路电压高于并联的所述一次锂/卤氧化物电池。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：王然石，徐祯祥，黎胜，
申请(专利权)人：朗陞科技集团香港有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81