通過(guò)催化沉淀的電池析氣緩解的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開(kāi)設(shè)及例如經(jīng)由催化沉淀(catalyzed precipitation)和相變的電池析氣緩 角軍(battery gassing mitigation)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電動(dòng)車(chē)輛(例如，混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛和純電動(dòng)車(chē)輛)是 滿(mǎn)足未來(lái)增加的燃料經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)輸行業(yè)解決方案之一。電動(dòng)車(chē)輛通常依賴(lài)諸如裡離子 (Li離子)和儀金屬氨化物(NiMH)電池的電池，W代替一些或全部的車(chē)輛的牽引或輔助電氣 負(fù)載。在使用期間，密封的（例如，Li離子)或可再密封的（例如，NiMH)電池會(huì)經(jīng)歷由于適當(dāng) 的或者不適當(dāng)?shù)牟僮鞯姆穷A(yù)期的副產(chǎn)物而導(dǎo)致的析氣。隨著時(shí)間的推移，運(yùn)種析氣會(huì)在電 池的單個(gè)電池中產(chǎn)生顯著的內(nèi)壓。
[0003] 因?yàn)閴毫Ω淖儗⒋龠M(jìn)電極損壞，所W運(yùn)種內(nèi)壓會(huì)導(dǎo)致劣化的有害循環(huán)。運(yùn)種損壞 在袋式電池中會(huì)尤其有害。在袋電池或剛性殼體電池(例如，棱柱形的或圓柱形的罐）的情 況下，壓力會(huì)達(dá)到打開(kāi)一次性使用的壓力釋放孔的運(yùn)樣的點(diǎn)。一旦壓力釋放孔被激活，因?yàn)?外部環(huán)境可能已經(jīng)污染了電池內(nèi)部，所W該電池通常被認(rèn)為是不再可使用的。除了單一使 用的壓力釋放孔之外，通常使用的緩解析氣的方法是在密封之前使電池經(jīng)過(guò)若干化成循 環(huán)，從而允許在運(yùn)些循環(huán)期間產(chǎn)生的任何氣體逸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種二次電池，所述二次電池包括正電極和負(fù)電極、 分隔件、電解質(zhì)和氣體緩解裝置(gas mitigation device)，氣體緩解裝置包括被構(gòu)造為催 化從在電池操作期間產(chǎn)生的一種或更多種氣體形成固相材料的反應(yīng)的催化劑。
[0005] 電池還可W包括圍繞催化劑的保護(hù)罩，保護(hù)罩是氣體可透過(guò)且液體不可透過(guò)的并 防止催化劑與電解質(zhì)之間的接觸。電池也可W包括被構(gòu)造為與所述一種或更多種氣體反應(yīng) W形成固相材料的種子材料。種子材料可W在保護(hù)罩內(nèi)，從而防止催化劑和種子材料接觸 電解質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，水也可W包括在保護(hù)罩內(nèi)。
[0006] 在一個(gè)實(shí)施例中，種子材料可W包括巧、儀和鐵中的至少一種。所述一種或更多種 氣體可W包括二氧化碳，并且催化劑可W被構(gòu)造為催化碳酸巧、碳酸儀和碳酸鐵中的至少 一種的形成。在一個(gè)實(shí)施例中，催化劑包括儀。儀可W包括純儀、氧化儀、儀合金和負(fù)載儀中 的一種或更多種。在另一實(shí)施例中，催化劑包括碳酸酢酶。所述一種或更多種氣體可W包括 乙締、乙燒和甲燒中的一種或更多種，并且催化劑可W被構(gòu)造為催化碳的形成。在一個(gè)實(shí)施 例中，催化劑位于正電極和負(fù)電極上面，使得在電池的操作期間產(chǎn)生的所述一種或更多種 氣體上升并接觸催化劑。
[0007] 在至少一個(gè)實(shí)例中，提供了一種裡離子電池，所述裡離子電池包括正電極和負(fù)電 極、分隔件、包括有機(jī)溶劑和裡鹽的電解質(zhì)W及氣體緩解裝置。氣體緩解裝置可W包括被構(gòu) 造為催化從電池中產(chǎn)生的一種或更多種氣體形成固相材料的反應(yīng)的催化劑和圍繞催化劑 的保護(hù)罩，保護(hù)罩是氣體可透過(guò)且液體不可透過(guò)的并防止催化劑與電解質(zhì)之間的接觸。
[0008] 電池也可W包括被構(gòu)造為與所述一種或更多種氣體反應(yīng)W形成固相材料的種子 材料。種子材料可W包括巧、儀和鐵中的至少一種。在一個(gè)實(shí)施例中，所述一種或更多種氣 體包括二氧化碳，并且催化劑被構(gòu)造為催化碳酸巧、碳酸儀和碳酸鐵中的至少一種的形成。 催化劑可W包括儀納米顆粒和/或碳酸酢酶。
[0009] 在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種二次電池，所述二次電池包括正電極和負(fù)電極、 分隔件、電解質(zhì)和氣體緩解裝置。氣體緩解裝置可W包括催化劑和種子材料，催化劑被構(gòu)造 為催化從種子材料和在電池的操作期間產(chǎn)生的一種或更多種氣體形成固相材料的反應(yīng)。
[0010] 電池也可W包括圍繞催化劑和種子材料的保護(hù)罩，保護(hù)罩是氣體可透過(guò)且液體不 可透過(guò)的并防止催化劑和種子材料接觸電解質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，種子材料包括巧、儀和鐵 中的至少一種。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是經(jīng)歷析氣的可再充電電池的示意圖；
[0012] 圖2是根據(jù)實(shí)施例的包括析氣緩解裝置的可再充電電池的示意圖；
[0013] 圖3是示出固相沉淀開(kāi)始形成和減少的氣體體積的圖2的電池的示意圖；
[0014] 圖4是示出通過(guò)析氣緩解裝置將基本上所有氣體轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔喑恋淼膱D2的電池的 示意圖；
[0015] 圖5是根據(jù)實(shí)施例的包括析氣緩解裝置的可再充電電池的內(nèi)部的示意圖；
[0016] 圖6是根據(jù)實(shí)施例的對(duì)于來(lái)自二氧化碳?xì)怏w的固相材料的沉淀提出的機(jī)理；
[0017] 圖7是緩解可再充電電池中的氣體的方法的實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 如需要的，在運(yùn)里公開(kāi)了本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施例；然而，將理解的是，公開(kāi)的實(shí)施例 僅是可W W各種和替換的形式實(shí)施的發(fā)明的示例。附圖不必按比例；可W放大或最小化一 些特征W示出具體組件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和功能細(xì)節(jié)不被解釋為限 制性的，而僅是作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員各種各樣地采用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。
[0019] 可再充電電池或二次電池（例如，Li離子或NiMH)中的電池析氣會(huì)是非常成問(wèn)題 的。如在【背景技術(shù)】中描述的，析氣可能導(dǎo)致會(huì)引起劣化循環(huán)的內(nèi)壓。壓力也可能引起電池殼 體的破裂或可能需要激活一次性泄壓閥。因?yàn)殡姵貎?nèi)部的潛在污染會(huì)進(jìn)一步使得操作不安 全，所W壓力釋放孔的激活會(huì)本質(zhì)上致使電池不能使用。除了損壞電池組件之外，析氣也會(huì) 通過(guò)抑制在固體電解質(zhì)界面(SEI)層處發(fā)生的電荷轉(zhuǎn)移來(lái)降低電池的性能。
[0020] 氣體可W經(jīng)由多種機(jī)理在二次電池內(nèi)部產(chǎn)生。氣體產(chǎn)生的一個(gè)重要來(lái)源是在SEI 層的化成期間（可被稱(chēng)為化成氣體產(chǎn)生）dSEI層是由于電解質(zhì)分解而形成在Li離子電池的 電極(尤其是碳質(zhì)陽(yáng)極)上的保護(hù)層。SEI層通常在電池的第一循環(huán)或第一若干循環(huán)期間形 成。SEI層的化成可W影響電池的性能且在防止或緩解另外的電解質(zhì)分解方面是重要的。目 前，通常使用的用于處理氣體產(chǎn)生的唯一方法是在未密封的狀態(tài)下對(duì)電池執(zhí)行SEI化成工 藝(例如，第一循環(huán)或第一少許循環(huán)），從而允許化成氣體逸出。
[0021] NiMH電池也具有化成工藝。該工藝通常包括電極/分隔件變得充分濕潤(rùn)，運(yùn)設(shè)及氣 體再組合。NiMH電池是電解質(zhì)缺乏的設(shè)計(jì)，而Li離子電池通常是過(guò)量電解質(zhì)的設(shè)計(jì)。太快地 執(zhí)行NiMH化成或用充分濕潤(rùn)的分隔件（因此具有較低的透氣性)會(huì)由于氣體再組合的介入 而導(dǎo)致排氣。分隔件通常W填充大約90%電解質(zhì)開(kāi)始，然后在化成之后，當(dāng)電極已經(jīng)吸收了 更多電解質(zhì)時(shí)，電解質(zhì)會(huì)降到大約70%左右，然后在壽命結(jié)束時(shí)是大約10-15%。
[0022] 然而，除了化成氣體之外，電池析氣也可能通過(guò)其他機(jī)理發(fā)生。例如，電解質(zhì)的另 外分解、與雜質(zhì)反應(yīng)、過(guò)充電、過(guò)放電、在高溫下存儲(chǔ)等等。氣體產(chǎn)生會(huì)在電池的整個(gè)壽命期 間是連續(xù)的，并會(huì)基于電池的荷電狀態(tài)(SOC)而變化。異常條件或?yàn)E用條件也會(huì)引起氣體形 成，諸如過(guò)充電、過(guò)放電、物理?yè)p壞(例如，破碎)或車(chē)禍。
[0023] 發(fā)生的析氣的類(lèi)型和體積可取決于電池的類(lèi)型和組件(例如，電極和電解質(zhì)）。諸 如Li離子電池和NiMH電池的二次電池的基本組件為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知并且將不 詳細(xì)討論。二次電池通常包括負(fù)極（陽(yáng)極）、正極（陰極）、分隔件和電解質(zhì)。Li離子電池陽(yáng)極 可W由諸如石墨(天然的、人造的或表面改性的天然的）、硬碳、軟碳或富Si/Sn石墨的碳質(zhì) 材料形成。也可W使用諸如鐵酸裡氧化物化TO)的非碳質(zhì)陽(yáng)極。Li離子電池陰極可W包括裡 儀鉆侶氧化物(NCA)、裡儀儘鉆氧化物(醒C)、裡儘尖晶石氧化物(儘尖晶石或LM0)和憐酸鐵 裡(LFP)及其衍生物憐酸儘鐵裡(LFMP)。另外，可W使用運(yùn)些材料的任何兩個(gè)或更多個(gè)的混 合物。Li離子電池通常包括液體電解質(zhì)，液體電解質(zhì)可W包括裡鹽和有