具有改进的寿命特性的电池系统和用于操作电池系统的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种通过在二次电池单元的容量下降的时间点额外注入第二电解质而能够减轻二次电池单元的性能劣化并且延长使用期限的电池系统，以及用于操作该电池系统的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的寿命特性的电池系统和用于操作电池系统的方法
本申请要求于2016年6月14日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0073666号的优先权和权益，通过引用将该韩国专利申请的全部内容结合在此。本专利技术涉及一种具有改进的循环寿命特性的电池系统和一种用于操作该电池系统的方法。
技术介绍
在21世纪，随着信息技术(IT，InformationTechnology)的辉煌发展，各种便携式信息通信装置得到广泛应用，无论何时何地都能够提供高质量的信息服务的“泛在社会”在不断发展。泛在社会的这一发展受到锂二次电池单元的重要的激励和支持。具体地说，可充电和可放电的锂二次电池单元不仅广泛用作无线移动设备或人体上的可佩戴电子设备的能源，还用作电动车辆、混合动力车辆等的能源，其被建议用于解决由诸如汽油车辆、柴油车辆等的传统的使用化石燃料的车辆所导致的诸如空气污染等的问题。锂二次电池单元具有将电极组件和电解质溶液容纳在电池壳体中的结构，该电极组件包括锂基正极、可逆地嵌入和脱嵌锂离子的负极、和隔膜，该电解质溶液为电极组件提供离子传输通路。锂二次电池单元由于重复的充放电循环而具有不可避免地缩短的循环寿命，因此在长期使用中很少实现期望的功率特性。具体地说，由于电极表面与电解质溶液之间的副反应导致正极和负极的晶体结构坍塌并逐渐减少，并且在重复的充放电过程中，电解质溶液在这一过程中也被耗尽，因此锂二次电池单元可能具有减少的循环寿命。特别地，当电解质溶液被耗尽时，锂离子的迁移率下降，因而内部电阻增加，因此，锂二次电池单元的性能急剧劣化。这样，锂二次电池单元在长期使用过程中的性能劣化可能会对使用锂二次电池的设备有直接影响，例如，当由于重复的充放电导致多个锂二次电池单元的容量降低时，需要高功率的车辆可能会行驶较短的距离并且承受较低功率。这些问题可以通过更换锂二次电池单元或丢弃车辆来解决，这在经济上可能是不利的。因此，实际上需要一种能够使得锂二次电池单元尽管长期使用但性能劣化最小化的二次电池单元的电力-驱动系统。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的在于解决传统技术的上述问题以及过去需要解决的技术问题。具体地说，本专利技术的目的是提供一种通过在二次电池单元的容量下降的时间点额外注入第二电解质而能够减轻二次电池单元的性能劣化并且延长使用期限的电池系统，以及用于操作该电池系统的方法。解决问题的手段首先，用于实现本专利技术的目的的电池系统是包括一个或两个以上二次电池单元的电池系统，其中所述电池系统包括：第一状态，在所述第一状态下由具有其中第一电解质溶液和电极组件被容纳在电池壳体中并且所述电池壳体被密封的结构的二次电池单元产生电力；第二状态，在所述第二状态下由具有相较于所述第一状态下降20％至60％的最大容量的二次电池单元产生电力；以及第三状态，在所述第三状态下由其中在最大容量下降的所述第二状态下将具有与所述第一电解质溶液不同组成的第二电解质溶液额外地添加到所述电池壳体中的二次电池单元产生电力；其中在添加了所述第二电解质溶液的所述第三状态下的所述二次电池单元具有比在所述第二状态下的所述二次电池单元低10％至60％的内阻。一般而言，随着重复进行二次电池单元的充放电循环，由于电解质溶液的耗尽而导致内阻增加，但在根据本专利技术的电池系统中，由电解质溶液的耗尽而导致的电阻增加可通过在二次电池单元的最大容量下降至预定值的状态下补充第二电解质溶液而得到抑制。原因在于：第二电解质溶液的补充改善了离子迁移率。此外，在第二状态下的最大容量下降实质上可以是由于随着形成电极的材料的晶体结构的变形而使离子交换可逆性劣化引起的，其中与电解质溶液的副反应可能是一个原因，因此，本专利技术在第三状态下基于最大容量补充第二电解质溶液。本专利技术的专利技术人发现，通过在第三状态下额外地注入第二电解质溶液，第二电解质溶液可缓解形成电极的材料的晶体结构坍塌，因而尽管二次电池单元重复地充放电，但容量下降现象得到显著缓解。这是将二次电池单元从第二状态转换为第三状态的另一个原因。然而，当第二状态的二次电池单元相较于第一状态的二次电池单元的最大容量表现出最大容量下降60％以上时，尽管通过将第二电解质溶液注入其中以将第二状态的二次电池单元转换为第三状态的二次电池单元，但容量下降现象可能不会得到实质性缓解，而当将第二电解质溶液注入具有下降小于20％的容量的二次电池单元中时，可能无法预期电阻降低效果。作为与之相关的具体示例，第二状态的二次电池单元可以由具有相较于第一状态的二次电池单元的最大容量下降25％至45％的最大容量的二次电池单元产生电力，第三状态的二次电池单元可在第二状态的二次电池单元的最大容量下降25％至45％时，通过将第二电解质溶液注入第二状态的二次电池单元中来产生电力。根据本专利技术的电池系统可具有至少两个二次电池单元串联和/或并联电耦合的结构并且向外部装置供应电力。下文中，详细描述构成电池系统的二次电池单元。在具体实施方式中，电池壳体可以是包括金属层和树脂层的层压片；并且在所述第一状态和所述第二状态下的所述二次电池单元可具有以下结构：其中在所述电极组件和所述第一电解质溶液被容纳在所述层压片中的状态下，所述层压片的外周侧被热熔合。此外，所述电池壳体可以是包括金属层和树脂层的层压片，并且在所述第三状态下的二次电池单元可具有以下结构：其中在所述电极组件、所述第一电解质溶液和所述第二电解质溶液被容纳在所述层压片中的状态下，所述层压片的外周侧被热熔合。换句话说，随着电池系统由第一状态转换为第二状态，接着转换为第三状态，二次电池单元可额外包括第二电解质溶液，因而，由于前述容量下降缓解和电阻降低效果，可使二次电池单元的使用期限延长。层压片可由用于容纳电极组件的袋型容器和用于关闭容器的盖组成，当盖与容器重叠并靠近容器时，其外周侧可被热熔合，从而密封。包括这种电池壳体的二次电池单元被称为袋型电池壳体或在狭义上称为片状电池壳体。由于在这种二次电池单元中，形成电池壳体的层压片由软封装材料构成，因而电池形状可以很容易地变换、纤小且轻薄，但由于电池壳体一旦被密封后不能打开，因此二次电池单元的内部结构很难改变或修理。因此，本专利技术的二次电池单元可通过稍后将描述的特定结构从仅包括第一电解质溶液的第一状态和第二状态转换为额外包括第二电解质溶液的第三状态。作为一个示例，所述电池壳体可包括位于靠近被热熔合的外周侧的部分处的穿孔的开口，并且在通过所述开口将所述第二电解质溶液注入电池壳体中的状态下，可以以密封所述开口的形态添加绝缘胶带。在这种结构中，开口可在第二状态下形成并且可具有0.001mm至0.01mm的直径，并且可在电池壳体上形成一个开口，或为了使内部气体随着电解液的注入而排出而形成两个以上开口。当开口具有小于上述范围的最小值的尺寸时，由于尺寸太小，不仅电解质溶液难以注入，而且电极也可能由于注入过程中形成的内部压力而被破坏，但是当开口具有大于上述范围的最大值的尺寸时，在注入过程中流入空气，因而电极可能会被氧化，并且在注入之后开口很难被牢固地密封。绝缘胶带没有特别限制，只要材料具有电绝缘性、防潮性、以及与电解质溶液的低反应性即可，例如可以是与层压片相同材料的聚丙烯。此外，绝缘胶带可具有其中在其一个表面上添加粘合剂成分的结构。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池系统，所述电池系统包括一个或两个以上二次电池单元，其中所述电池系统包括：第一状态，在所述第一状态下由具有其中第一电解质溶液和电极组件被容纳在电池壳体中并且所述电池壳体被密封的结构的二次电池单元产生电力；第二状态，在所述第二状态下由具有相较于所述第一状态下降20％至60％的最大容量的二次电池单元产生电力；以及第三状态，在所述第三状态下由其中在最大容量下降的所述第二状态下将具有与所述第一电解质溶液不同组成的第二电解质溶液额外地添加到所述电池壳体中的二次电池单元产生电力；其中在添加了所述第二电解质溶液的所述第三状态下的所述二次电池单元具有比在所述第二状态下的所述二次电池单元低10％至60％的内阻。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.14 KR 10-2016-00736661.一种电池系统，所述电池系统包括一个或两个以上二次电池单元，其中所述电池系统包括：第一状态，在所述第一状态下由具有其中第一电解质溶液和电极组件被容纳在电池壳体中并且所述电池壳体被密封的结构的二次电池单元产生电力；第二状态，在所述第二状态下由具有相较于所述第一状态下降20％至60％的最大容量的二次电池单元产生电力；以及第三状态，在所述第三状态下由其中在最大容量下降的所述第二状态下将具有与所述第一电解质溶液不同组成的第二电解质溶液额外地添加到所述电池壳体中的二次电池单元产生电力；其中在添加了所述第二电解质溶液的所述第三状态下的所述二次电池单元具有比在所述第二状态下的所述二次电池单元低10％至60％的内阻。2.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述电池壳体是包括金属层和树脂层的层压片；并且在所述第一状态和所述第二状态下的所述二次电池单元具有以下结构：其中在所述电极组件和所述第一电解质溶液被容纳在所述层压片中的状态下，所述层压片的外周侧被热熔合。3.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述电池壳体是包括金属层和树脂层的层压片；并且在所述第三状态下的所述二次电池单元具有以下结构：其中在所述电极组件、所述第一电解质溶液和所述第二电解质溶液被容纳在所述层压片中的状态下，所述层压片的外周侧被热熔合。4.根据权利要求3所述的电池系统，其中所述电池壳体包括位于靠近被热熔合的外周侧的部分处的穿孔的开口，并且在通过所述开口将所述第二电解质溶液注入所述电池壳体中的状态下，以密封所述开口的形态添加绝缘胶带。5.根据权利要求3所述的电池系统，其中所述电池壳体包括位于靠近被热熔合的外周侧的部分处的穿孔的开口，并且在通过所述开口将所述第二电解质溶液注入所述电池壳体中的状态下，以热熔合的形式密封所述开口的外周侧。6.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述第一电解质溶液包括锂盐、非水基溶剂和电极钝化膜形成剂。7.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述第二电解质溶液包括锂盐和非水基溶剂。8.根据权利要求1所述的电池系统，其中在所述第三状态下的所述第二电解质溶液是在所述第一状态下的所述第一电解质溶液的总重量的3％至50...

【专利技术属性】
技术研发人员：金大洙，李汉荣，金东规，金锡九，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR