通过催化沉淀的电池析气缓解的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本公开设及例如经由催化沉淀(catalyzed precipitation)和相变的电池析气缓 角军(battery gassing mitigation)。
【背景技术】
[0002] 电动车辆(例如，混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆和纯电动车辆)是 满足未来增加的燃料经济标准的运输行业解决方案之一。电动车辆通常依赖诸如裡离子 (Li离子)和儀金属氨化物(NiMH)电池的电池，W代替一些或全部的车辆的牵引或辅助电气 负载。在使用期间，密封的（例如，Li离子)或可再密封的（例如，NiMH)电池会经历由于适当 的或者不适当的操作的非预期的副产物而导致的析气。随着时间的推移，运种析气会在电 池的单个电池中产生显著的内压。
[0003] 因为压力改变将促进电极损坏，所W运种内压会导致劣化的有害循环。运种损坏 在袋式电池中会尤其有害。在袋电池或刚性壳体电池(例如，棱柱形的或圆柱形的罐）的情 况下，压力会达到打开一次性使用的压力释放孔的运样的点。一旦压力释放孔被激活，因为 外部环境可能已经污染了电池内部，所W该电池通常被认为是不再可使用的。除了单一使 用的压力释放孔之外，通常使用的缓解析气的方法是在密封之前使电池经过若干化成循 环，从而允许在运些循环期间产生的任何气体逸出。
【发明内容】
[0004] 在至少一个实施例中，提供了一种二次电池，所述二次电池包括正电极和负电极、 分隔件、电解质和气体缓解装置(gas mitigation device)，气体缓解装置包括被构造为催 化从在电池操作期间产生的一种或更多种气体形成固相材料的反应的催化剂。
[0005] 电池还可W包括围绕催化剂的保护罩，保护罩是气体可透过且液体不可透过的并 防止催化剂与电解质之间的接触。电池也可W包括被构造为与所述一种或更多种气体反应 W形成固相材料的种子材料。种子材料可W在保护罩内，从而防止催化剂和种子材料接触 电解质。在一个实施例中，水也可W包括在保护罩内。
[0006] 在一个实施例中，种子材料可W包括巧、儀和铁中的至少一种。所述一种或更多种 气体可W包括二氧化碳，并且催化剂可W被构造为催化碳酸巧、碳酸儀和碳酸铁中的至少 一种的形成。在一个实施例中，催化剂包括儀。儀可W包括纯儀、氧化儀、儀合金和负载儀中 的一种或更多种。在另一实施例中，催化剂包括碳酸酢酶。所述一种或更多种气体可W包括 乙締、乙烧和甲烧中的一种或更多种，并且催化剂可W被构造为催化碳的形成。在一个实施 例中，催化剂位于正电极和负电极上面，使得在电池的操作期间产生的所述一种或更多种 气体上升并接触催化剂。
[0007] 在至少一个实例中，提供了一种裡离子电池，所述裡离子电池包括正电极和负电 极、分隔件、包括有机溶剂和裡盐的电解质W及气体缓解装置。气体缓解装置可W包括被构 造为催化从电池中产生的一种或更多种气体形成固相材料的反应的催化剂和围绕催化剂 的保护罩，保护罩是气体可透过且液体不可透过的并防止催化剂与电解质之间的接触。
[0008] 电池也可W包括被构造为与所述一种或更多种气体反应W形成固相材料的种子 材料。种子材料可W包括巧、儀和铁中的至少一种。在一个实施例中，所述一种或更多种气 体包括二氧化碳，并且催化剂被构造为催化碳酸巧、碳酸儀和碳酸铁中的至少一种的形成。 催化剂可W包括儀纳米颗粒和/或碳酸酢酶。
[0009] 在至少一个实施例中，提供了一种二次电池，所述二次电池包括正电极和负电极、 分隔件、电解质和气体缓解装置。气体缓解装置可W包括催化剂和种子材料，催化剂被构造 为催化从种子材料和在电池的操作期间产生的一种或更多种气体形成固相材料的反应。
[0010] 电池也可W包括围绕催化剂和种子材料的保护罩，保护罩是气体可透过且液体不 可透过的并防止催化剂和种子材料接触电解质。在一个实施例中，种子材料包括巧、儀和铁 中的至少一种。
【附图说明】
[0011] 图1是经历析气的可再充电电池的示意图；
[0012] 图2是根据实施例的包括析气缓解装置的可再充电电池的示意图；
[0013] 图3是示出固相沉淀开始形成和减少的气体体积的图2的电池的示意图；
[0014] 图4是示出通过析气缓解装置将基本上所有气体转变为固相沉淀的图2的电池的 示意图；
[0015] 图5是根据实施例的包括析气缓解装置的可再充电电池的内部的示意图；
[0016] 图6是根据实施例的对于来自二氧化碳气体的固相材料的沉淀提出的机理；
[0017] 图7是缓解可再充电电池中的气体的方法的实施例。
【具体实施方式】
[0018] 如需要的，在运里公开了本发明的详细实施例；然而，将理解的是，公开的实施例 仅是可W W各种和替换的形式实施的发明的示例。附图不必按比例；可W放大或最小化一 些特征W示出具体组件的细节。因此，在此公开的具体结构细节和功能细节不被解释为限 制性的，而仅是作为用于教导本领域的技术人员各种各样地采用本发明的代表性基础。
[0019] 可再充电电池或二次电池（例如，Li离子或NiMH)中的电池析气会是非常成问题 的。如在【背景技术】中描述的，析气可能导致会引起劣化循环的内压。压力也可能引起电池壳 体的破裂或可能需要激活一次性泄压阀。因为电池内部的潜在污染会进一步使得操作不安 全，所W压力释放孔的激活会本质上致使电池不能使用。除了损坏电池组件之外，析气也会 通过抑制在固体电解质界面(SEI)层处发生的电荷转移来降低电池的性能。
[0020] 气体可W经由多种机理在二次电池内部产生。气体产生的一个重要来源是在SEI 层的化成期间（可被称为化成气体产生）dSEI层是由于电解质分解而形成在Li离子电池的 电极(尤其是碳质阳极)上的保护层。SEI层通常在电池的第一循环或第一若干循环期间形 成。SEI层的化成可W影响电池的性能且在防止或缓解另外的电解质分解方面是重要的。目 前，通常使用的用于处理气体产生的唯一方法是在未密封的状态下对电池执行SEI化成工 艺(例如，第一循环或第一少许循环），从而允许化成气体逸出。
[0021] NiMH电池也具有化成工艺。该工艺通常包括电极/分隔件变得充分湿润，运设及气 体再组合。NiMH电池是电解质缺乏的设计，而Li离子电池通常是过量电解质的设计。太快地 执行NiMH化成或用充分湿润的分隔件（因此具有较低的透气性)会由于气体再组合的介入 而导致排气。分隔件通常W填充大约90%电解质开始，然后在化成之后，当电极已经吸收了 更多电解质时，电解质会降到大约70%左右，然后在寿命结束时是大约10-15%。
[0022] 然而，除了化成气体之外，电池析气也可能通过其他机理发生。例如，电解质的另 外分解、与杂质反应、过充电、过放电、在高溫下存储等等。气体产生会在电池的整个寿命期 间是连续的，并会基于电池的荷电状态(SOC)而变化。异常条件或滥用条件也会引起气体形 成，诸如过充电、过放电、物理损坏(例如，破碎)或车祸。
[0023] 发生的析气的类型和体积可取决于电池的类型和组件(例如，电极和电解质）。诸 如Li离子电池和NiMH电池的二次电池的基本组件为本领域的普通技术人员所知并且将不 详细讨论。二次电池通常包括负极（阳极）、正极（阴极）、分隔件和电解质。Li离子电池阳极 可W由诸如石墨(天然的、人造的或表面改性的天然的）、硬碳、软碳或富Si/Sn石墨的碳质 材料形成。也可W使用诸如铁酸裡氧化物化TO)的非碳质阳极。Li离子电池阴极可W包括裡 儀钻侣氧化物(NCA)、裡儀儘钻氧化物(醒C)、裡儘尖晶石氧化物(儘尖晶石或LM0)和憐酸铁 裡(LFP)及其衍生物憐酸儘铁裡(LFMP)。另外，可W使用运些材料的任何两个或更多个的混 合物。Li离子电池通常包括液体电解质，液体电解质可W包括裡盐和有