用于锂离子电池单元的钛酸锂（LTO）阳极电极的系统和方法技术方案

本公开一般涉及锂离子电池和电池模块领域。更具体地，本公开涉及使用钛酸锂(LTO)作为阳极活性材料的锂离子电池。电池模块包括锂离子电池单元，其包括具有活性层的阳极。活性层包括平均粒度(D50)大于2微米的二次钛酸锂(LTO)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂离子电池单元的钛酸锂（LTO）阳极电极的系统和方法交叉引用本申请要求于2014年9月12日提交的题为“LTOANODEELECTRODEFORHIGHLOADINGTOACCOMPLISHHIGHENERGYANDPOWERCELL(实现高能量的高负荷LTO阳极电极和电池)”的美国临时申请序列No.62/049,902的优先权和权益，该文献的全文出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技术介绍
本公开一般涉及锂离子电池和电池模块领域。更具体地，本公开涉及使用钛酸锂(LTO)作为阳极活性材料的锂离子电池。本部分旨在向读者介绍可能与如下所述的本公开的各个方面相关的领域的各个方面。这种讨论被认为有助于向读者提供背景信息以便于更好地理解本专利技术的各个方面。因此，应当理解，这些陈述应按此阅读，而不是作为对现有技术的承认。使用一个或多个电池系统来为车辆提供全部或部分动力的车辆可称为xEV，其中术语“xEV”在本文中被定义为包括以下所有车辆，或任何变型或其组合，其使用电力作为其车辆的全部或一部分动力。例如，xEV包括电动车辆(EV)，其利用电力作为全部动力。如本领域的技术人员将理解的，混合动力电动车辆(HEV)，也被认为是xEV，其组合内燃机推进系统和电池供电的电动推进系统，诸如48伏的系统或130伏的系统。术语HEV可以包括混合动力电动车辆的任何变型。例如，全混合动力系统(FHEV)可以使用一个或多个电动机、仅使用内燃机或两种都使用来向车辆提供动力和其它电力。相反，轻型混合动力系统(MHEV)在车辆空转时禁用内燃机，并利用电池系统继续为空调机组、无线电或其他电子器件供电，以及在需要推进时重启发动机。轻型混合动力系统还可以例如在加速期间施加一定程度的动力辅助以补充内燃机。轻型混合动力通常为96V至130V，并通过带或曲柄集成起动发电机恢复制动能量。此外，微型混合动力电动车辆(mHEV)也采用类似于轻型混合动力的“停止-启动”系统，但是，mHEV的微型混合动力系统可以向或不向内燃机提供动力辅助并在电压低于60V时运行。为了本讨论之目的，应该注意的是，mHEV通常在技术上不使用直接设置在曲轴或变速器上的电力用于车辆的动力的任何部分，但是mHEV可能仍然被认为是xEV，因为当车辆空转且内燃机无法工作时，其使用电力来补充车辆的动力需求，并且通过集成起动发电机恢复制动能量。此外，插电式电动车辆(PEV)是可以从外部电源(诸如墙壁插座)充电的任何车辆，并且存储在可再充电电池组中的能量驱动车轮或有助于驱动车轮。PEV是EV的子类别，其包括全电动或电池电动车辆(BEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)以及混合动力电动车辆和常规内燃机车辆的电动车辆转换。与仅使用内燃机和传统电气系统的更传统的汽油动力车辆相比，如上所述的xEV可以提供许多优点，其中传统的电气系统通常是由铅酸电池供电的12V的系统。例如，与传统的内燃车辆相比，xEV可能产生较少的不希望的排放产物，并且可能表现出更高的燃料效率，并且在某些情况下，此类xEV可以完全消除汽油的使用，如某些类型的EV或PEV的情况。随着技术的不断发展，需要为这种车辆提供改进的电源，特别是电池模块。例如，为了有效地满足xEV的电力需求，可能期望提高锂离子电池模块的功率密度、低温性能、高温性能和/或使用寿命。此外，还可能期望在制造此类锂离子电池模块时提高效率以减少制造时间、降低成本、提高耐用性并提高产量。
技术实现思路
以下阐述了本文公开的某些实施例的概述。应当理解，这些方面仅仅是为了向读者提供这些某些实施例的简要概述，并且这些方面并不旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可以包括以下可能未阐述的各种方面。本公开涉及电池模块，其包括具有活性层的阳极的锂离子电池单元。活性层包括平均粒度(D50)大于2μm的二次钛酸锂(LTO)。本公开还涉及一种制造锂离子电池单元的方法，其包括形成具有二次LTO活性材料的浆料，其中所述二次LTO活性材料包括平均粒度(D50)大于2微米(μm)的二次LTO粒子。该方法包括将浆料沉积在金属的表面上以形成阳极的活性层，并使用阳极组装锂离子电池单元。本公开还涉及一种锂离子电池单元，其包括具有活性层的阳极，其中所述活性层包括二次钛酸锂(LTO)。二次LTO包括具有大于2μm平均粒度(D50)的二次LTO粒子，并且阳极在每平方厘米(cm2)的阳极上包括大于约5毫克(mg)的活性层。附图说明通过阅读以下详细描述并参考附图，可以更好地理解本公开的各个方面，其中：图1是具有根据本实施例配置的用于为车辆各个部件供电的电池模块的车辆的透视图；图2是根据本实施例的图1中的车辆和电池模块的剖视示意图；图3是根据本方法的实施例的袋式电池单元的实施例的透视图；图4是根据本方法的实施例的一次LTO粒子的扫描电子显微镜(SEM)图像；图5是根据本方法的实施例的使用图4的一次LTO粒子制成的LTO阳极表面的自上而下的SEM图像。图6是根据本方法的实施例的图3中的LTO阳极的横截面SEM图像；图7和图8是根据本方法的实施例的不同放大倍数的二次LTO粒子的SEM图像；图9是根据本方法的实施例的使用图7和图8的二次LTO粒子制成的LTO阳极表面的自上而下的SEM图像；图10是根据本方法的实施例的图8中的LTO阳极活性层的横截面SEM图像；图11是根据本方法的实施例的图6中的LTO阳极的碳映射图像；图12是根据本方法的实施例的图10中的LTO阳极的碳映射图像；图13是示出了根据本方法的实施例的具有不同一次和二次LTO材料的LTO单元的充电速率数据的图表；图14是示出了根据本方法的实施例的图13所示的电池单元的放电速率数据的图表；图15是示出了根据本方法的实施例的图13所示的电池单元的低温(-20℃)性能的图表；图16是根据本方法的实施例的总结图13至图15中表示的不同LTO活性材料在可加工性、电气性能和成本方面的比较的图表；图17是示出了根据本方法的实施例的具有一次LTO的电池单元的混合动力脉冲能力特性(HPPC)期间在60℃下1周之前和1周之后的面积比阻抗(ASI,Ohm-cm2)与放电深度百分比(DOD％)的对比图表；图18是示出了根据本方法的实施例的具有二次LTO的电池单元的HPPC期间在60℃下1周之前和1周之后的ASI与DOD％的对比图表；图19是示出了根据本方法的实施例的不同LTO电池单元的10C充电率和100％DOD下的电池循环性能的图表；图20是表示根据本方法的实施例的在60℃下具有二次LTO的电池单元的保持(％)和恢复(％)的图表。图21示出了根据本方法的实施例的图20中在60℃下1个月之前和1个月之后表示的电池单元的ASI；图22和图23分别示出了根据本方法的实施例的具有不同组分或负载的二次LTO粒子材料的电池单元的放电速率数据和充电速率数据；图24A、图24B和图24C根据本方法的实施例包括具有二次LTO的电池单元的阴极和阳极电压曲线，其中负正极容量配比(N/P)分别大于1、等于1和小于1；图25示出了根据本方法的实施例的在图24A、图24B和图24C中表示的电池单元的循环寿命数据；图26是示出了根据本方法的实施例的具有不同阳极负载的一次或二次LTO粒子的电池单元的恒定电流(直流内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池模块，包括：锂离子电池单元，所述锂离子电池单元包括具有活性层的阳极：其中所述活性层包含二次钛酸锂(LTO)，其中所述二次LTO包括二次LTO粒子，所述二次LTO粒子的平均粒度(D50)大于2微米(μm)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.12 US 62/049,902;2015.01.14 US 14/596,6091.一种电池模块，包括：锂离子电池单元，所述锂离子电池单元包括具有活性层的阳极：其中所述活性层包含二次钛酸锂(LTO)，其中所述二次LTO包括二次LTO粒子，所述二次LTO粒子的平均粒度(D50)大于2微米(μm)。2.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述二次LTO粒子是一次LTO粒子的附聚物，并且其中所述一次LTO粒子在附聚之前具有小于约250nm的平均粒度(D50)。3.根据权利要求2所述的电池模块，其中所述一次LTO粒子在附聚之前具有约100nm的平均粒度(D50)。4.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述二次LTO粒子的所述平均粒度(D50)在约3μm和约20μm之间。5.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述二次LTO粒子具有球形二次形态。6.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述阳极在每平方厘米(cm2)的阳极上包括大于约5毫克(mg)的所述活性层。7.根据权利要求6所述的电池模块，其中所述锂离子电池单元具有小于约0.021欧姆的内电阻(直流内电阻)。8.根据权利要求6所述的电池模块，其中所述阳极在每平方厘米(cm2)的阳极上包括少于约10mg的所述活性层。9.根据权利要求6所述的电池模块，其中所述阳极在每平方厘米(cm2)的阳极上包括少于约7mg的所述活性层。10.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述锂离子电池单元包括镍镁合金(NMC)阴极活性材料，所述NMC阴极活性材料包含镍、镁和钴并且具有层状结构。11.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述二次LTO包括锂、钛和氧并且具有尖晶石结构。12.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述电池模块包括第二电池单元，并且其中所述第二电池单元包括铅酸电池。13.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池模块包括电池控制模块，所述电池控制模块监测和控制所述电池模块的操作，其中所述电池控制模块配置成与微型混合动力xEV的车辆控制单元进行通信。14.一种制造锂离子电池单元的方法，包括：形成包含二次LTO活...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋勇久，伯恩哈德·M·梅茨，江俊伟，布特罗斯·P·哈拉克，
申请(专利权)人：江森自控科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US