一種鋰電池及其負(fù)極、電芯、負(fù)極電壓監(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種鋰電池及其負(fù)極、電芯、負(fù)極電壓監(jiān)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本部分旨在為權(quán)利要求書中陳述的本申請的實施方式提供背景或上下文。此處的描述可包括可以探究的概念，但不一定是之前已經(jīng)想到或者已經(jīng)探究的概念。因此，除非在此指出，否則在本部分中描述的內(nèi)容對于本申請的說明書和權(quán)利要求書而言不是現(xiàn)有技術(shù)，并且并不因為包括在本部分中就承認(rèn)是現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，具有能力高、可靠性高和加工制作工藝簡單等優(yōu)點的鋰電池越來越受到電池制造者以及使用者的青睞，被廣泛的應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備中。
[0004]鋰電池主要包括:正極、負(fù)極、隔膜以及電解液，正極與負(fù)極相對設(shè)置，隔膜設(shè)置在正極與負(fù)極之間，三者構(gòu)成電池的電芯，通過封裝并灌注電解液后形成可循環(huán)充放電使用的鋰電池。
[0005]鋰電池在充電過程中需要保持負(fù)極電位相對于Li+/Li的電位在OV以上，因為一旦負(fù)極電位到達OV就會在電極表面析鋰，從而降低電池的使用壽命，甚至引發(fā)電池內(nèi)部短路等安全問題。
[0006]但是，在防止負(fù)極片析鋰的同時，還需要負(fù)極電位盡可能的接近0V，以便于提高電池的能量密度。因此，如何準(zhǔn)確控制鋰電池的充電停止時間，實現(xiàn)在防止負(fù)極析鋰問題的同時保證鋰電池具有較高的能量密度是鋰電池行業(yè)中一個亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鋰電池及其負(fù)極、電芯、負(fù)極電壓監(jiān)控方法。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0009]一種鋰電池的負(fù)極，該鋰電池的負(fù)極包括:
[0010]負(fù)極集流體；
[0011]涂覆在所述負(fù)極集流體上的負(fù)極活性物質(zhì)和負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)；
[0012]其中，所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)在負(fù)極電壓小于安全電壓時發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，所述安全電壓為負(fù)極相對于Li+/Li的電壓。
[0013]優(yōu)選的，在上述鋰電子的負(fù)極中，所述安全電壓大于零，且不大于100mV。
[0014]優(yōu)選的，在上述鋰電子的負(fù)極中，所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)為硅、碳納米管、或金屬氧化物。
[0015]優(yōu)選的，在上述鋰電子的負(fù)極中，所述負(fù)極活性物質(zhì)包括:天然石墨、人造石墨、石墨烯、焦炭、軟碳、硬碳、碳纖維以及鈦酸鋰中的一種或是多種。
[0016]優(yōu)選的，在上述鋰電子的負(fù)極中，所述負(fù)極集流體為銅箔。
[0017]本發(fā)明還提供了一種鋰電池的電芯，該鋰電池的電芯包括:
[0018]相對設(shè)置的正極以及負(fù)極；
[0019]設(shè)置在所述正極與所述負(fù)極之間的隔膜；
[0020]其中，所述負(fù)極為上述任一種實施方式所述的負(fù)極。
[0021]優(yōu)選的，在上述鋰電池的電芯中，所述電芯為所述正極、隔膜以及負(fù)極依次敷設(shè)后通過卷繞方式形成的卷繞結(jié)構(gòu)的電芯。
[0022]優(yōu)選的，在上述鋰電池的電芯中，所述電芯為所述正極、隔膜以及負(fù)極依次敷設(shè)后通過折疊方式形成的層疊結(jié)構(gòu)的電芯。
[0023]本發(fā)明還提供了一種鋰電池，所述鋰電池包括:
[0024]電解液；
[0025]位于所述電解液內(nèi)的電芯；
[0026]對所述電解液以及電芯進行封裝保護的電池外殼；
[0027]其中,所述電芯為上述任一種實施方式所述的電芯。
[0028]本發(fā)明還提供了一種鋰電池的負(fù)極電壓的監(jiān)控方法，所述鋰電池的負(fù)極包括負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)，所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)在負(fù)極電壓小于安全電壓時發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，所述安全電壓為負(fù)極相對于Li+/Li的電壓，所述監(jiān)控方法包括:
[0029]在所述鋰電池進行充電時，獲取所述負(fù)極的微分電容曲線；
[0030]根據(jù)所述微分電容曲線判斷所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)是否發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)；
[0031]如果所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，則停止充電，如果所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)未發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，則繼續(xù)充電。
[0032]優(yōu)選的，在上述監(jiān)控方法中，所述獲取所述負(fù)極的微分電容曲線的方式為:
[0033]將所述鋰電池的電流相對于時間積分，計算不同充電時刻的電量；
[0034]將所述電量值對所述鋰電池的電壓求導(dǎo)，計算不同充電時刻的電容值；
[0035]對應(yīng)時刻的電容與電壓為一個坐標(biāo)點，將不同時刻的電容與電壓在電壓與電容的直角坐標(biāo)系上繪圖得到所述微分電容曲線。
[0036]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所提供的鋰電池的負(fù)極包括:負(fù)極集流體；涂覆在所述負(fù)極集流體上的負(fù)極活性物質(zhì)和負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)；其中，所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)在負(fù)極電壓小于安全電壓時發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，所述安全電壓為負(fù)極相對于Li+/Li的電壓。以所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)的電壓作為充電時負(fù)極的截止電壓，當(dāng)發(fā)生所述電化學(xué)反應(yīng)時，則停止充電，采用發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的相對于Li+/Li的電位接近OV的負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)，通過監(jiān)控所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)即可準(zhǔn)確控制鋰電池的充電的停止時間，從而可保證在防止負(fù)極析鋰問題的同時保證鋰電池具有較高的能量密度。
【附圖說明】
[0037]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0038]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種鋰電池的電芯的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種鋰電池負(fù)極電壓的監(jiān)控方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0040]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0041]實施例一
[0042]為了解決負(fù)極在充電過程中在OV析鋰的問題，通常采用的方法是在負(fù)極中加入過量的負(fù)極材料，一般是理論用量的10%，該方法的原理是不讓負(fù)極材料發(fā)揮其最大容量，保證在充到截止電壓時負(fù)極電壓在OV以上。
[0043]一方面，過量的負(fù)極材料實際上是讓一部分負(fù)極材料成了電池的惰性組分，會降低電池的能量密度；另一方面，過量的負(fù)極材料在充電截止時，只能設(shè)置負(fù)極的截止電壓最小為4.2V，而充電截止時，正極的電壓就會大于所述截止電壓，會導(dǎo)致正極過充，而對于現(xiàn)如今高壓正極材料逐漸成為鋰電池發(fā)展方向的背景下，負(fù)極截止電壓高會降低高壓正極材料的使用效果。
[0044]另一種常用的使用方法是在鋰電池中除正負(fù)極外添加第三電極，將所述第三電極作為參比電極，通過所述參比電極來檢測負(fù)極的電壓。具體方法是，電池封裝時加入隔膜包裹的Li+/Li，由引線將參比電極與外電路連接，在充電過程中測量負(fù)極的電壓。該方法，雖然可以準(zhǔn)確檢測鋰電池的電壓用于控制電池充電過程，但是，該方式將電池設(shè)置為三電極結(jié)構(gòu)，需要對電池的結(jié)構(gòu)進行改變，到時電池生產(chǎn)工藝改變，實現(xiàn)方式復(fù)雜，且成本高，且電池的充電管理系統(tǒng)需要重新設(shè)定，設(shè)置為與所述三電極結(jié)構(gòu)相匹配的充電管理系統(tǒng)，同樣實現(xiàn)方法較為復(fù)雜，導(dǎo)致成本較高。
[0045]為了解決上述問題，本申請實施例提供了一種鋰電池的負(fù)極，包括:
[0046]負(fù)極集流體；
[0047]涂覆在所述負(fù)極集流體上的負(fù)極活性物質(zhì)和負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)；
[0048]其中，所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)在負(fù)極電壓小于安全電壓時發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，所述安全電壓為負(fù)極相對于Li+/Li的電壓。
[0049]本實施例所述鋰電池負(fù)極以所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)的電壓作為負(fù)極充電時的截止電壓，當(dāng)發(fā)生所述電化學(xué)反應(yīng)時，則停止充電，采用發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的相對于Li+/Li的電位接近OV的負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)，通過監(jiān)控所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)即可準(zhǔn)確控制鋰電池的充電的停止時間，從而可保證在防止負(fù)極析鋰問題的同時使得鋰電池具有較高的能量密度。
[0050]本實施例所述鋰電池的負(fù)極僅是在鋰電池的制備過程中在電池負(fù)極中添加相應(yīng)的負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)，不改變鋰電池的結(jié)構(gòu)，無需改變電池的制備流程，成本較低。
[0051]在本實施例中，設(shè)置所述安全大電壓大于0V，且不大于10mV,發(fā)明人發(fā)，所述安全電壓在上述范圍內(nèi)時即可有效防止負(fù)極析鋰問題，又可同時保證鋰電池具有較高的能力山/又ο
[0052]所述負(fù)極活性物質(zhì)可以為天然石墨、人造石墨、石墨烯、焦炭、軟碳、硬碳、碳纖維以及鈦酸鋰中的一種或是多種。所述負(fù)極集流體可以為銅箔，優(yōu)選的，所述銅箔的厚度不大于 100 μ m。
[0053]所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)可以為硅、碳納米管、或金屬氧化物，它們在發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時相對于Li+/Li的電壓大于0V，小于100mV。
[0054]所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)的電壓即為鋰電池的負(fù)極的電壓，對于設(shè)定的負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)其發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時，其相對與Li+/Li的電壓是個確定值，因此，當(dāng)確定其發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時即可確定此時負(fù)極相對于Li+/Li的電壓值，無需進行負(fù)極相對于Li+/Li的電壓的測量，即可準(zhǔn)確確定負(fù)極電壓是否處于設(shè)定的安全電壓內(nèi)，進而控制充電過程的停止。
[0055]通過上述描述可知，本實施例所述鋰電池的負(fù)極添加有負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)，所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時的電壓相對于Li+/Li的電壓處于設(shè)定的安全電壓范圍內(nèi)，進而通過檢測所述負(fù)極電壓標(biāo)識介質(zhì)是否發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)可以判斷負(fù)極相對于Li+/Li的電壓是否處于設(shè)定的安全電壓內(nèi)，從而控制充電過程，在防止負(fù)極析鋰問題的同時使得鋰電池具有較高的能量密度。
[0056]實施例二
[0057]基于上述實施例，本實施例提供了一種鋰電池的電芯，所述電芯包括:相對設(shè)置的正極以及負(fù)極；設(shè)置在所述正極與所述負(fù)極之間的隔膜。其中，所述負(fù)極為實施例一中所述的負(fù)極。
[0058]參考圖1，