具有降低的阻抗的电化学电池或蓄电池及其生产方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及锂电化学电池和/或锂蓄电池，并且更具体地涉及具有减小的内电阻或内阻抗的锂电化学电池和/或锂蓄电池，以及用于降低该电池和/或蓄电池的内电阻或内阻抗的方法。
【背景技术】
[0002]锂蓄电池已经变成了在用于便携式电子装置中的所有化学电源和用于电动车辆或混合动力车辆的电力电源之中的主要储能装置。
[0003]近来，具有基于磷酸铁的正电极的锂蓄电池由于其安全系数和持久性已经变成了最有前景的一类锂蓄电池。
[0004]锂蓄电池在其寿命开始时呈现出小的初始内电阻或内阻抗，该初始内电阻或内阻抗必须在蓄电池的整个寿命中保持稳定。增大内电阻将在蓄电池的整个循环寿命中实现缓慢地降低蓄电池性能直到在许多次充放电循环之后蓄电池容量衰减到了下述水平为止:在该水平下，蓄电池不再根据该蓄电池所供电的应用的要求进行执行。初始内电阻越高，蓄电池容量将衰减越快，并且因此蓄电池寿命将越短。
[0005]因此，降低蓄电池的初始内电阻或内阻抗会在蓄电池的循环寿命开始时增大蓄电池容量，并且还会在蓄电池的整个循环寿命中降低蓄电池的容量衰减，从而改进蓄电池的功率输送能力和蓄电池的长久性这两者。
[0006]因此，需要与其它类似蓄电池或电池相比具有较低的内电阻或内阻抗的锂蓄电池或锂电池，和/或用于降低该蓄电池或电池的阻抗的方法。
【发明内容】
[0007]本发明的一个目的是至少改善现有技术中存在的一些不便之处。
[0008]本发明的另一目的是提供一种与其它类似蓄电池或电池相比具有较低的内阻抗的锂蓄电池或电池。
[0009]在一个方面，本发明提供了一种用于降低蓄电池或电池的阻抗的方法。
[0010]本发明的每个实施方式均具有上述目的和/或方面中的至少一者，但未必具有其全部。应当理解的是，本发明中由于尝试达到上述目的而产生的一些方面可以不满足这些目的和/或可以满足本文中未具体叙述的其它目的。
[0011]根据以下描述、附图和所附权利要求，本发明的实施方式的附加的和/或替选的特征、方面和优点将变得明显。
【附图说明】
[0012]为了更好地理解本发明以及本发明的其它方面和进一步的特征，参照以下要结合附图来使用的描述，在附图中:
[0013]图1为包括多个电化学电池的蓄电池的示例的透视图；
[0014]图2为电化学电池迭片的示意图；
[0015]图3为示出根据本发明的电化学电池的内阻抗减小的曲线图；
[0016]图4为示出包括基于LiFePOj^正电极的锂电化学电池延伸进入过放电的放电曲线的曲线图；
[0017]图5为示出蓄电池中的多个锂电化学电池延伸进入过放电的放电曲线的曲线图；
[0018]图6为示出新蓄电池中的多个锂电化学电池延伸进入过放电的放电曲线的曲线图；
[0019]图7为示出蓄电池中的多个锂电化学电池延伸进入过放电的放电曲线的曲线图；以及
[0020]图8为示出新蓄电池中的多个锂电化学电池延伸进入过放电的放电曲线的曲线图。
【具体实施方式】
[0021]图1示出锂金属聚合物蓄电池10，其中剖面部分示出其内部部件。在该具体示例中，蓄电池10包括多个电化学电池12，所述多个电化学电池12彼此堆叠，串联地连接在一起，并且连接至蓄电池极14和15。电化学电池12的堆连接至电子控制板16，该电子控制板16控制电化学电池12的充放电模式并且监测蓄电池10的各种参数。
[0022]每个电化学电池12包括图2中示意性示出的迭片20的多层组件。每个迭片20包括:充当锂源的金属锂箔阳极22 ;充当锂离子载体的固体聚合物电解质隔离器24 ;以及阴极26，该阴极26具有作为其电化学活性材料的LiFeP04。阴极26由聚合物粘合剂和磷酸铁锂的化合物制成，并且适于可逆地插入锂离子。阴极26由集流器28支撑，集流器28可操作地将阴极26电连接至电化学电池12中的其它阴极26。
[0023]参照图3，电化学电池12的内电阻或内阻抗通常表现出如图3的线(a)所示的那样，该电化学电池12包括:锂金属阳极片22 ;基于固体聚氧化乙烯的电解质24 ;以及阴极26，该阴极26包括混合在相同的基于固体聚氧化乙烯的电解质中的LiFePO4插入材料。电池12的初始内电阻或内阻抗示意性地示出为100%，并且该内电阻在对于电化学电池12的整个循环寿命的整个连续充放电循环中保持相对稳定。
[0024]图4为示出上述电化学电池12从完全充电状态起并且延伸进入过放电状态的放电曲线的曲线图。完全充电的电化学电池12具有约3.6V的初始电压。在放电开始时，电压迅速降低至3.4V的操作稳定水平，在3.4V的操作稳定水平下电化学电池12输送其大部分能量直到其全部容量用于正常状况下为止。在电化学电池12的操作稳定水平的末端，电化学电池12已经放电了其额定容量的100%。如果继续使电化学电池12放电或者强制电化学电池12继续放电，则电化学电池12达到斜坡(r)，其中，电化学电池12的电压迅速降低至在0.5V与2.0V之间某处的第二稳定水平。如果放电电流高于C/5或者更高，则该第二稳定水平可以低至0.5V，并且如果放电电流非常低，大约C/20，则第二稳定水平可以高达2.0V。因此，取决于电化学电池12的放电电流，第二稳定水平可以近似地在0.5V与2.0V之间变化。基于上述原因，在图4中将第二稳定水平示出为在0.5V至2.0V的范围内。在C/8下，第二稳定水平近似地在0.8V与1.2V之间。该第二稳定水平比3.4V的操作稳定水平长得多，并且由于空间原因而未在图4的曲线图中示出该第二稳定水平的全长。当电化学电池12达到在0.5V与2.0V之间的该第二稳定水平时，电化学电池12进入过放电状况，在该过放电状况下电化学电池12以高于其额定容量的100%进行放电。在过放电状况下，例如如果使电化学电池12放电至其额定容量的150%，则认为电化学电池12开始了不可逆退化，其最终将使电化学电池12的有效性降低。在操作中，经由电子控制板16来监测电化学电池12的电压，该电子控制板16在电化学电池12达到操作稳定水平的末端时切断电化学电池12的功率输送，以防止电化学电池12达到过放电稳定水平，进而以便于保持电化学电池12的健康。
[0025]通过对电化学电池12在过放电状况下的表现的各种研宄，发明人惊人地发现了以下:使电化学电池12达到第二稳定水平并且继续放电达一定时间段，以使得电化学电池12继续放电超过其额定容量的100%，这对于电池12的初始内电阻或内阻抗有实际益处。
[0026]发现以下:当使电池12过放电至达到在0.5V与2.0V之间的第二稳定水平(其取决于放电电流)的点时，继续过放电达如图4所示的放电2Ah至30Ah (对应于电池额定容量的102%至140% )的时间段；当使电池12重新充电至其3.6V的完全充电的标称电压并且使电池12第二次放电时，电池12的内电阻或内阻抗减小了多达40%。电池12的内电阻或内阻抗不再达到先前参照图3描述的其初始内电阻或内阻抗的100%，而电池12的内电阻达到了其初始值的约60%。为了实现这种对内电阻的减小，优选地使电化学电池12保持在针对6至15Ah的过放电稳定水平中，从而达到电化学电池12的额定容量的108%至120%。
[0027]给定的电化学电池的操作稳定水平的长度定义了针对给定放电率(C/4、C/6、C/10...)电化学电池或蓄电池在其操作温度下的额定放电容量。
[0028]如图3所示，未经历暂时过放电状况的电池12的内电阻或内阻抗初始为100%，并且如阻抗曲线的(a)部分所示，在整个连续充放电循环中保持相对稳定。如阻抗曲线的(b)部分所示，经历暂时过放电状况甚至在多次循环之后实现使电池12生成其内阻抗的急剧减小。电池12的阻抗已经被显著减小了最高达40%，此时电池12的阻抗达到曲线图上的60%标记。如阻抗曲线的(c)部分所示，在使电池放电进入过放电稳定水平的过程之后，在针对电池12的循环寿命的剩余部分的连续充放电循环中，电池12的内阻抗保持稳定在60%的水平。
[0029]通过延长的或强制的过放电的对电池12的阴极26的电化学还原实现了对电池12的内电阻或内阻抗的减小。
[0030]理想地，在电化学电池12为新时执行通过放电进入过放电稳定水平的对电池12的阻抗的减小。当初始生产出