具有參考電極的鋰電池的制作方法
【專利說明】具有參考電極的裡電池 【背景技術(shù)】
[0001] 用于向電動(dòng)交通工具和混合動(dòng)力交通工具供電的商業(yè)雙電極鋰離子電池通常適 于能夠通過在電池中安裝各種傳感器來監(jiān)測(cè)電池健康狀態(tài)（S0H)和/或荷電狀態(tài)（S0C)。 然而，在雙電極系統(tǒng)中，只可以確定在工作電極之間的相對(duì)測(cè)量。由于可獲得每個(gè)工作電極 的絕對(duì)測(cè)量，因此將參考電極并入電池的三電極鋰離子電池可提供更精確的對(duì)電池健康狀 態(tài)和/或電池荷電狀態(tài)的評(píng)估。參考電極或者在制造新電池期間被安裝，或者可用參考電 極改裝現(xiàn)有雙電極電池。
[0002] 例如，F(xiàn)ulop(美國(guó)2012/0263986)公開了具有用于S0H監(jiān)測(cè)的參考電極的可再充 電鋰電池，其中參考電極包括沉積在金屬集流體上，或與粘合劑和導(dǎo)電添加劑混合作為微 粒，并且然后涂覆在金屬箔上的活性材料。參考電極可以被電子連接到罐。此外，在罐為鋁、 銅、不銹鋼或鈦的情況下，該罐能夠起參考電極的作用，其中該罐的內(nèi)壁表面涂覆有保護(hù)絕 緣材料，以提供該罐與工作電極的電子絕緣。
[0003] 本發(fā)明人在此已經(jīng)認(rèn)識(shí)到以上途徑的潛在問題。S卩，由于附加電池端口必須被添 加并且被適當(dāng)?shù)孛芊庖匀菁{參考電極，所以在新電池的制造期間安裝參考電極的常規(guī)方法 可以是昂貴且復(fù)雜的。此外，由于參考電極和關(guān)聯(lián)的密封、端口、分離器等占用了可以其他 方式用于活性電池材料的體積，所以參考電極的添加可減少對(duì)于給定尺寸的電池容量。更 進(jìn)一步，用參考電極改裝雙電極電池的常規(guī)方法涉及破壞電池的密封罐，其可以是昂貴的 并且可經(jīng)常損壞電池部件，從而導(dǎo)致過早的電池失效。更進(jìn)一步，F(xiàn)ulop的鋁、鈦、銅或不銹 鋼罐參考電極為不穩(wěn)定的非極化參考電極，其可精確測(cè)量每個(gè)工作電極的絕對(duì)電勢(shì)。更進(jìn) 一步，將微粒與粘合劑和導(dǎo)電添加劑混合，并且然后將該混合物涂覆在金屬箔上是形成參 考電極的復(fù)雜多級(jí)的、多部件的方法，該方法降低了制造效率并且增加了制造成本。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 至少部分克服以上問題并且實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有密封電池中制造參考電極的技術(shù)結(jié)果的 一種途徑為制造用于鋰離子電池的參考電極的方法，該方法包括將電池充電至閾值荷電狀 態(tài)，其中該電池包括中性金屬罐和負(fù)電極，以及通過將中性金屬罐電連接到負(fù)電極，在該罐 的內(nèi)表面上鍍覆參考電極，其中中性金屬罐電勢(shì)大于負(fù)電極電勢(shì)。這樣，在不破壞電池密封 的情況下改裝現(xiàn)有雙電極電池以形成參考電極，以及與常規(guī)方法相比以更具成本效益的且 較不復(fù)雜的方式制造用于鋰離子電池的參考電極是可能的。此外，可提供穩(wěn)定的、非極化參 考電極用于精確監(jiān)測(cè)電池壽命內(nèi)的S0H。
[0005] 在另一個(gè)實(shí)施例中，鋰離子電池包括中性金屬罐和電鍍?cè)谥行越饘俟薜膬?nèi)表面上 的參考電極。
[0006] 在另一個(gè)實(shí)施例中，參考電極包括鋰，其中鋰包括小于1重量百分比的電池鋰含 量。
[0007] 在另一個(gè)實(shí)施例中，參考電極基本上由鋰鋁合金組成。
[0008] 在另一個(gè)實(shí)施例中，中性金屬罐可包括中性鋁罐。
[0009] 在另一個(gè)實(shí)施例中，中性金屬罐可包括中性不銹鋼罐和中性鍍鎳鋼罐中的其中之 〇
[0010] 在另一個(gè)實(shí)施例中，參考電極包括電勢(shì)穩(wěn)定的參考電極。
[0011] 在另一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)表面包括裸露的、未經(jīng)處理的鋁。
[0012] 在另一個(gè)實(shí)施例中，制造用于鋰離子電池的參考電極的方法包括：將電源電連接 到鋰離子電池的中性金屬罐和電極；以及通過用電源將電流引導(dǎo)至中性金屬罐，在中性金 屬罐的內(nèi)表面上鍍覆參考電極。
[0013] 在另一個(gè)實(shí)施例中，將電源電連接到鋰離子電池的中性金屬罐和鋰化負(fù)電極。
[0014] 在另一個(gè)實(shí)施例中，將電源電連接到鋰離子電池的中性金屬罐和正電極。
[0015] 在另一個(gè)實(shí)施例中，參考電極包括直接鍍覆在中性金屬罐的裸露內(nèi)表面上的鋰。
[0016] 在另一個(gè)實(shí)施例中，交通工具電池管理系統(tǒng)包括鋰離子電池，該鋰電子電池包括 中性金屬罐和電鍍?cè)谥行越饘俟薜膬?nèi)表面上的參考電極，以及具有可執(zhí)行指令的控制器， 該指令通過測(cè)量在參考電極和負(fù)電極之間的電勢(shì)差以及測(cè)量在參考電極和負(fù)電極之間的 電勢(shì)差，確定電池的健康狀態(tài)。
[0017] 在另一個(gè)實(shí)施例中，通過將鋰離子電池的中性金屬罐和電極與電源連接，以及從 電源將電流引導(dǎo)至中性金屬罐，可制造參考電極。
[0018] 應(yīng)該理解，提供上述
【發(fā)明內(nèi)容】
是為以簡(jiǎn)化形式引入所選概念，其將在具體實(shí)施方 式中進(jìn)一步描述。這并非意味著確立所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或基本特征，其保護(hù)范圍由 【具體實(shí)施方式】隨附權(quán)利要求唯一限定。此外，所要求保護(hù)的主題不限于解決以上的或本公 開的任何部分中指出的任何缺點(diǎn)的實(shí)施。 【附圖說明】
[0019] 圖1示出實(shí)例鋰離子電池的示意圖。
[0020] 圖2示出用參考電極改裝的實(shí)例鋰離子電池的示意圖。
[0021] 圖3示出用于制造參考電極的實(shí)例裝置的示意圖。
[0022] 圖4示出具有鋁罐參考電極的電池的開路電壓相對(duì)于時(shí)間的曲線圖。
[0023] 圖5示出具有鍍鋰鋁罐參考電極的電池的開路電壓相對(duì)于時(shí)間的曲線圖。
[0024] 圖6至圖8示出說明參考電極極化測(cè)試的曲線圖。
[0025] 圖9為制造參考電極的方法的流程圖。
[0026] 圖10示出包括電池管理系統(tǒng)的交通工具推進(jìn)系統(tǒng)，其中電池管理系統(tǒng)包括根據(jù) 圖9的方法制造的具有參考電極的電池。
[0027] 圖11示出說明鋰離子電池操作的示意圖。
[0028] 圖12至圖13說明用于制造參考電極的實(shí)例裝置。
[0029] 圖14說明用于制造參考電極的實(shí)例方法。 【具體實(shí)施方式】
[0030] 本說明書涉及制造用于鋰離子電池的參考電極方法，諸如用于混合動(dòng)力交通工具 或電動(dòng)交通工具。圖1示出沒有參考電極的雙電極鋰離子電池的實(shí)例，并且圖2示意性地 說明在形成參考電極之后的圖1的鋰離子電池。圖3說明用于形成圖2中所示的參考電極 的實(shí)例裝置。圖4示出說明中性鋁罐參考電極的開路電壓穩(wěn)定性的流程圖，并且圖5示出 圖2中所示的參考電極實(shí)施例的開路電壓穩(wěn)定性。圖6至圖8說明