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電池模塊、電池組及車輛的制作方法

文檔序號:7058057閱讀:371來源:國知局
電池模塊、電池組及車輛的制作方法
【專利摘要】根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案,提供一種包括兩個(gè)串聯(lián)電連接的非水電解質(zhì)電池的電池模塊。每個(gè)非水電解質(zhì)電池包括正極、負(fù)極和非水電解質(zhì)。所述正極包括由LixFe1-yMnyAzPO4表示并具有橄欖石結(jié)構(gòu)的含鐵的磷化合物顆粒,其中A為至少一種選自V、Mg、Ni、Al、Sn、Zr和Nb的元素,并且設(shè)定0≤x≤1.1、0≤y≤0.2及0≤z≤0.2。所述負(fù)極包括含鈦氧化物。所述電池模塊的最大充電電壓范圍為4V-5V。
【專利說明】電池模塊、電池組及車輛

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文描述的實(shí)施方案總體上涉及一種電池模塊、電池組W及車輛。

【背景技術(shù)】
[0002] 預(yù)期采用裡金屬、裡合金、裡化合物或碳質(zhì)材料作為負(fù)極的非水電解質(zhì)電池可作 為高能量密度電池,因此已經(jīng)研究并開發(fā)了此類電池。便攜裝置中已經(jīng)廣泛使用裡離子電 池,其包括含有LiCo化或LiMri2〇4作為活性材料的正極和含有充放裡的碳質(zhì)材料的負(fù)極。
[0003] 當(dāng)電池安裝在例如汽車、火車的車輛上時(shí),考慮到在高溫環(huán)境(例如6(TC或更高) 高輸出下的存儲性能、循環(huán)性能和長期穩(wěn)定性等,要求構(gòu)成正極和負(fù)極的材料具有優(yōu)異的 化學(xué)或電化學(xué)穩(wěn)定性、強(qiáng)度和耐腐蝕性。此外,在寒冷氣候地區(qū)要求該些材料具有高性能 時(shí),所述材料在低溫環(huán)境(例如-4(TC)需要具有高輸出性能和長使用壽命性能。同時(shí),從 提高安全性能的角度出發(fā),仍然正在研究W開發(fā)出一種不揮發(fā)、不可燃的電解質(zhì)溶液作為 非水電解質(zhì)。但是,由于非水電解質(zhì)在輸出特性、低溫性能和長使用壽命性能方面出現(xiàn)劣 化,因此尚未投入實(shí)際應(yīng)用。
[0004] 難W將裡離子電池安裝在車輛發(fā)動機(jī)室來替代鉛酸蓄電池。因此需要改進(jìn)裡離子 電池的高溫耐久性,W便將裡離子電池安裝在車輛等上面。
[0005] 從較高輸出的角度出發(fā),已考慮形成薄型電極。但是,由于活性材料的粒徑大到幾 微米至幾十微米,所W無法獲得足夠的輸出。尤其在低溫環(huán)境下(-2CTC或更低),活性材料 的利用率降低而阻礙放電。此外,在形成薄型負(fù)極W增大負(fù)極的密度時(shí),由于集流體的強(qiáng)度 不足,可能導(dǎo)致電池容量、輸出性能、循環(huán)壽命和可靠性不足。當(dāng)增大負(fù)極活性材料的粒徑 W代替形成薄型負(fù)極時(shí),電極的界面電阻增大,因此提供高性能更加困難。
[0006] 與此同時(shí),鐵酸裡化合物次級顆粒的聚集受到控制初級顆粒和次級顆粒的直徑的 抑制,并且大型電池的具有大面積的負(fù)極的產(chǎn)率得W提高。但是,無法獲得足夠的耐久性。
[0007] 為了提高在高溫環(huán)境下的熱穩(wěn)定性,使用磯酸鐵裡(Li,FeP〇4)作為正極活性材 料,所述磯酸鐵裡為具有橄攬石晶體結(jié)構(gòu)的裡磯金屬化合物的實(shí)例。但是,由于磯酸鐵裡導(dǎo) 電性較低,電池?zé)o法獲得高輸出。另外,由于磯酸鐵裡中的鐵組分在高溫下會溶解并沉積在 負(fù)極上,該會加速循環(huán)壽命劣化并縮短高溫下(例如45°C或更高)的循環(huán)壽命。此外,當(dāng)負(fù) 極采用碳材料時(shí),金屬裡沉積導(dǎo)致的劣化在低溫環(huán)境下會加速。鑒于此,當(dāng)車輛中使用包括 含有磯酸鐵裡的正極的電池時(shí),必須對電池進(jìn)行風(fēng)冷或水冷W使電池盡可能地保持恒溫, 該會導(dǎo)致電池組的體積或重量增加W及成本增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明實(shí)施方案的目的是提供一種具有高放電容量和優(yōu)異高溫耐久性能的電池 模塊、電池組W及車輛。
[0009] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案,提供一種電池模塊,其包括兩個(gè)串聯(lián)電連接的非水電解質(zhì)電 池。每個(gè)非水電解質(zhì)電池包括正極、負(fù)極和非水電解質(zhì)。所述正極含有由LiyFei_yMnyA,P〇4 表示并具有橄攬石結(jié)構(gòu)的含鐵的磯化合物,其中A為至少一種選自V、Mg、Ni、Al、Sn、Zr和 Nb的元素,并且設(shè)定0《X《1. 1、0《y《0. 2及0《z《0. 2。所述負(fù)極含有含鐵氧化 物。所述電池模塊的最大充電電壓為4V-5V。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案,提供一種電池組,其包括至少一個(gè)所述實(shí)施方案的電池模 塊和保護(hù)電路。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案,提供一種車輛,其包括設(shè)置在發(fā)動機(jī)室中的至少一個(gè)所述 實(shí)施方案的電池模塊或該實(shí)施方案的電池組。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案,提供一種具有高放電容量和優(yōu)異高溫耐久性能的電池模 塊、一種電池組,W及一種車輛。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的電池模塊的沿著與長側(cè)面平行的線的部分橫截面圖;
[0014] 圖2是根據(jù)該實(shí)施方案的電池模塊的沿與短側(cè)面平行的線的截面圖;
[0015] 圖3是根據(jù)該實(shí)施方案的、沿與長側(cè)面平行的線的另一電池模塊的部分橫截面 圖;
[0016] 圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的電池組的配置圖;
[0017] 圖5是根據(jù)該實(shí)施方案的電池組的透視圖;
[0018] 圖6是一種車輛的典型視圖,其上安裝有根據(jù)該實(shí)施方案的電池模塊或電池組; W及
[0019] 圖7是顯示實(shí)施例電池組的兩串聯(lián)電池的荷電狀態(tài)(S0C)與充電電壓之間關(guān)系的 圖。
[0020] 發(fā)明詳述
[0021] (第一實(shí)施方案)
[0022] 根據(jù)第一實(shí)施方案,提供一種電池模塊,其包括兩個(gè)串聯(lián)電連接的非水電解質(zhì)電 池。每個(gè)該非水電解質(zhì)電池包括正極、負(fù)極和非水電解質(zhì)。所述電池模塊的最大充電電壓 為4V-5V。所述正極含有由LiyFei_yMnyA,P〇4表示并具有橄攬石結(jié)構(gòu)的含鐵的磯化合物,其中 A為至少一種選自V、Mg、Ni、Al、Sn、Zr和Nb的元素,并且設(shè)定0《x《l.l、0《y《0.2 及0《Z《0. 2。所述負(fù)極含有含鐵氧化物。
[0023] 就高溫環(huán)境(例如7(TC或更高)下充電而言,即使一個(gè)非水電解質(zhì)電池的充電 電壓由于劣化等原因而沒有達(dá)到設(shè)定值,而另一個(gè)非水電解質(zhì)電池的充電電壓超過該設(shè)定 值,第一實(shí)施方案的電池模塊的正極電位不會達(dá)到非水電解質(zhì)的氧化分解電位。因此,所述 電池模塊可W避免非水電解質(zhì)的氧化分解W及正極的劣化。與此同時(shí),就高溫環(huán)境下充電 而言,當(dāng)一個(gè)非水電解質(zhì)電池的充電電壓沒有達(dá)到設(shè)定值時(shí),具有超過5V的最大充電電壓 的電池模塊不能防止另一個(gè)非水電解質(zhì)電池過充。結(jié)果正極電位達(dá)到非水電解質(zhì)的氧化分 解電位。該會導(dǎo)致電池模塊的充放電循環(huán)性能下降。較低的最大充電電壓有利于提高高溫 耐久性。但是,當(dāng)最大充電電壓小于4V時(shí),電池模塊的容量不足。
[0024] 因此,可W通過將最大充電電壓設(shè)定為4V-5V來提高高溫環(huán)境下電池模塊的 充放電循環(huán)性能,而不損害電池模塊的放電容量。更優(yōu)選地,所述最大充電電壓范圍為 4. 1-4. 8V。因此,所述第一實(shí)施方案的電池模塊可W提高在例如70°C或更高的高溫下的耐 久性,并同時(shí)取得高容量。因此,即使由于電池重復(fù)大電流的輸入輸出的使用而不可避免地 導(dǎo)致大量產(chǎn)熱的情況下,例如在混合動力車輛中,不使用風(fēng)冷、水冷等強(qiáng)制性冷卻手段也可 W獲得長充放電循環(huán)壽命,從而可W大幅度降低電池組的體積和重量。
[0025] 在第一實(shí)施方案中,既然可W通過控制電池模塊的最大充電電壓來提高高溫耐久 性,因此不必監(jiān)測構(gòu)成所述電池模塊的單元電池的電壓,并且相較于監(jiān)測單元電池電壓的 情況,減少了監(jiān)測電壓所需的部件的數(shù)量。因此,可W增大電池組的重量或體積能量密度。
[0026] 此外,第一實(shí)施方案的電池模塊可W實(shí)現(xiàn)具有與鉛酸蓄電池的電壓兼容的電壓的 電池模塊或電池組。
[0027] 優(yōu)選地,含鐵氧化物含有選自如下物質(zhì)的至少一種;具有斜方猛礦結(jié)構(gòu)的裡鐵氧 化物、具有尖晶石結(jié)構(gòu)的裡鐵氧化物、具有單斜結(jié)構(gòu)的鐵氧化物和魄鐵氧化物。相對于負(fù)極 的裡金屬電位,由于裡吸收-釋放電位為1V(相對于Li/LO-2. 5V(相對于Li/Li+),通過組 合該實(shí)施方案的負(fù)極和正極W將電池模塊的最大充電電壓范圍設(shè)定為4V-5V,可W獲得高 容量和優(yōu)異的壽命性能。更優(yōu)選地,負(fù)極電位范圍為1. 3V (相對于Li/L〇-2V (相對于Li/ Li+),可W大幅度提高耐久壽命性能。
[0028] 優(yōu)選地,第一實(shí)施方案的電池模塊具有2V或更大的最小放電電壓。在放電期間, 當(dāng)所述電池模塊的電壓達(dá)到最小放電電壓時(shí),放電電流被阻斷。當(dāng)所述電池模塊的最小放 電電壓為2V或更大時(shí),電池過充的影響減小,使得循環(huán)容量的劣化減小。當(dāng)所述電池模塊 的操作電壓小于最小放電電壓時(shí),優(yōu)選禁止再次充電W阻斷充電電流。優(yōu)選地,最小放電電 壓的上限設(shè)定為2. 4V。
[0029] 構(gòu)成所述電池模塊的電池的形式?jīng)]有特別的限制。例如,可W采用矩形電池、圓筒 形電池和細(xì)長形電池。電池的容器可W采用金屬容器、層疊膜容器等。兩串聯(lián)連接的形式 的實(shí)例包括下述結(jié)構(gòu):其中容納在容器中的兩電極組W兩串聯(lián)的形式電連接,其中所述電 極組彼此之間處于通過隔離壁彼此電化學(xué)絕緣的狀態(tài),并且兩個(gè)電極組的串聯(lián)電連接分別 容納在兩個(gè)容器中。當(dāng)兩個(gè)電池串聯(lián)電連接時(shí),該兩個(gè)電池可W通過機(jī)械方式彼此穩(wěn)固地 接著和連接,兩者間可插置絕緣粘合材料、蓋、膜等。
[0030] 在下文中,將對構(gòu)成根據(jù)第一實(shí)施方案的電池模塊的非水電解質(zhì)電池進(jìn)行說明。 非水電解質(zhì)電池可W包括正極、負(fù)極、非水電解質(zhì)、設(shè)置于正極和負(fù)極之間的隔膜、和容納 正極、負(fù)極、隔膜和非水電解質(zhì)的容器。在下文中,將對正極、負(fù)極、隔膜、非水電解質(zhì)和容器 進(jìn)行說明。
[003。 1)正極
[0032] 該正極包括正極集流體和支撐在該正極集流體一面或雙面上的正極材料層(含 有正極活性材料的層)。所述正極材料層含有活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑 是任選存在的組分。
[0033] 在高溫存儲期間,難W在正極的表面生長膜。所述正極含有由LiyFei_yMnyA,P〇4(A 為至少一種選自V、Mg、Ni、A1、Sn、Zr和佩的元素,并且設(shè)定0《X《1. 1、0《y《0. 2 及0《Z《0. 2)表示并具有橄攬石結(jié)構(gòu)的含鐵的磯化合物作為正極活性材料。存儲期間, 正極的電阻會小幅增加,并在高溫環(huán)境下可W具有提高的存儲性能。y為0. 2或更小時(shí),會 減緩電池模塊的電壓在4V-5V范圍內(nèi)的急劇電壓變化,并抑制電池容量平衡偏差所導(dǎo)致的 電池模塊容量降低,其可W提供優(yōu)異的循環(huán)壽命性能。優(yōu)選地,y設(shè)定在0. 05-0. 15的范圍 內(nèi)。該會進(jìn)一步減緩所述電池模塊的電壓在4. 5-5V范圍內(nèi)的電壓上升,并且即使出現(xiàn)電池 模塊的電池容量平衡偏差也會避免過充狀態(tài)。因此,所述非水電解質(zhì)氧化分解所產(chǎn)生的氣 體的影響可W得到抑制,并且循環(huán)壽命性能能夠得到提高。
[0034] 在合成過程中,即使由LiyFei_yMnyA,P〇4表示并具有橄攬石結(jié)構(gòu)的含鐵的磯化合物 含有裡,裡含量X在后續(xù)充電過程中也可W為0。
[0035] 優(yōu)選地,磯化合物顆粒的平均初級粒徑設(shè)定為500nm或更小。當(dāng)平均初級粒徑在 此范圍內(nèi)時(shí),可W減小活性材料中電子傳導(dǎo)電阻和裡離子擴(kuò)散電阻的影響,提高輸出性能。 更優(yōu)選地,所述平均初級粒徑為50-200nm。初級顆??蒞聚集形成次級顆粒。優(yōu)選地,次級 顆粒的平均粒徑設(shè)定為10 y m或更小。
[0036] 優(yōu)選地,所述磯化合物顆粒的至少一部分顆粒的表面涂覆有含碳層。優(yōu)選地,所述 含碳層具有l(wèi)Onm或更小的平均厚度,或者優(yōu)選地,含有平均粒徑為lOnm或更小的碳材料顆 粒。優(yōu)選地,相對于正極活性材料的重量,所述含碳層的含量為0. 001-3%。因此,可W降低 正極電阻和正極與非水電解質(zhì)之間的界面電阻,從而可W提高輸出性能。
[0037] 所述導(dǎo)電劑的實(shí)例包括己快黑、炭黑、石墨和碳纖維??蒞使用一種、兩種或更多 種導(dǎo)電劑。優(yōu)選地,正極包含纖維直徑為lym或更小的碳纖維作為導(dǎo)電劑。當(dāng)包含纖維直 徑為lum或更小的碳纖維時(shí),可通過小纖維直徑的碳纖維的網(wǎng)絡(luò)提高正極的電子傳導(dǎo)電 阻,從而有效地降低正極的電阻。尤其優(yōu)選的是通過氣相生長法形成的、纖維直徑為lum 或更小的碳纖維。使用碳纖維可W改善正極內(nèi)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),從而可W大幅度地提高正極的 輸出性能。
[0038] 所述粘結(jié)劑的實(shí)例包括聚四氣己帰(PTFE)、聚偏氣己帰(PVd巧和氣橡膠。可W使 用一種、兩種或更多種粘結(jié)劑。
[0039] 優(yōu)選地,所述正極活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的復(fù)合比例范圍分別為80-95重 量%、3-19重量%和1-7重量%。
[0040] 例如,所述正極是通過將正極活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑息浮在合適的溶劑中,施 加息浮液于鉛鉛或鉛合金鉛的集流體,之后干燥和壓制而制成的。采用BET方法的含有正 極活性材料的層的比表面積使用與負(fù)極的相同的方法測量,優(yōu)選地為0. l-2m2/g。
[0041] 優(yōu)選地,所述集流體為鉛鉛或鉛合金鉛,集流體的厚度優(yōu)選為20 ym或更小,更優(yōu) 選為15 y m或更小。
[004引。負(fù)極
[0043] 該負(fù)極包括負(fù)極集流體和支撐在該負(fù)極集流體一面或雙面上的負(fù)極材料層(含 有負(fù)極活性材料的層)。所述負(fù)極材料層含有活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑 是任選存在的組分。
[0044] 在含有含鐵氧化物作為負(fù)極活性材料的負(fù)極中,相對于裡金屬電極電位,裡吸 收-釋放電位優(yōu)選為1V(相對于Li/LO-2. 5V(相對于Li/L〇。該負(fù)極電位范圍可W使 電池模塊具有高容量和優(yōu)異的壽命性能。所述負(fù)極電位范圍更優(yōu)選為1. 3V(相對于Li/ L〇-2V(相對于Li/L〇??蒞使用一種、兩種或更多種負(fù)極活性材料。
[0045] 含鐵氧化物的實(shí)例包括鐵氧化物、裡鐵氧化物和魄鐵氧化物。
[0046] 該鐵氧化物可由通式LiJi〇2(0《a《2)來表示。在該種情況下,充電前的組成是 Ti化。所述鐵氧化物的實(shí)例包括具有單斜結(jié)構(gòu)(青銅結(jié)構(gòu)炬))的氧化鐵、具有金紅石結(jié)構(gòu) 的氧化鐵和具有銳鐵礦結(jié)構(gòu)的氧化鐵。優(yōu)選的是具有單斜結(jié)構(gòu)(青銅結(jié)構(gòu)炬))的Ti化炬) 和經(jīng)過300-60(TC溫度下熱處理的低晶度氧化物。
[0047] 裡鐵氧化物的實(shí)例包括具有尖晶石結(jié)構(gòu)的氧化物(例如,通式為 LixFei_yMnyAzP〇4 (0《a《2))、具有斜方猛礦(rhamsdelite)結(jié)構(gòu)的氧化物(例如, 通式為 Li2+aTi3〇7(〇《a《1))、Li"bTi2〇4(〇《b《1)、Lii."bTii.8〇4(〇《b《1)、 化.。7+6化.8日〇4(〇《6《1)和含有至少一種選自佩、1〇、胖、?、¥、811、〇1、化和化中的元素 的裡鐵復(fù)合氧化物。
[004引所述魄鐵氧化物的實(shí)例包括通式LicNbJi07(0《C《5, 1《d《4)所表示的氧 化物。
[0049] 優(yōu)選地,所述含鐵氧化物含有具有斜方猛礦結(jié)構(gòu)的裡鐵氧化物、具有尖晶石結(jié)構(gòu) 的裡鐵氧化物、具有單斜結(jié)構(gòu)的鐵氧化物和魄鐵氧化物中的至少一種。當(dāng)負(fù)極含有具有斜 方猛礦結(jié)構(gòu)的裡鐵氧化物、具有單斜結(jié)構(gòu)的鐵氧化物和魄鐵氧化物中的至少一種時(shí),電池 的電壓曲線可能有適當(dāng)傾斜,因此僅通過監(jiān)測電壓就可W很容易檢測荷電狀態(tài)(S0C)。即使 在電池組中,也可W減少電池之間變化(variation)所導(dǎo)致的影響,并可W僅通過監(jiān)測電 壓來控制電池。
[0050] 優(yōu)選地,負(fù)極活性材料的平均初級粒徑為0. 001-1 y m。無論顆粒為何種形狀,比如 顆粒狀和纖維狀,都可W獲得優(yōu)異的性能。如果是纖維狀,顆粒的纖維直徑優(yōu)選為0. 1 y m 或更小。
[005。 優(yōu)選地,負(fù)極活性材料的平均粒徑為1 y m或更小,比表面積為3-200mVg,比表面 積是采用BET方法通過氮?dú)馕綔y得的。該可W進(jìn)一步增強(qiáng)負(fù)極與非水電解質(zhì)的親和力。
[0052] 優(yōu)選地,所述負(fù)極(不包括集流體)的孔隙率設(shè)定為20-50%。該可W獲得對非水 電解質(zhì)具有高親和力的、具有高密度的負(fù)極。更優(yōu)選地,孔隙率為25-40%。
[0053] 優(yōu)選地,所述負(fù)極集流體為鉛鉛或鉛合金鉛。
[0054] 優(yōu)選地,鉛鉛或鉛合金鉛的厚度為20ym或更小,更優(yōu)選為15um或更小。鉛鉛純 度優(yōu)選為99. 99%或更高。作為鉛合金,優(yōu)選含有鎮(zhèn)、鋒、娃等元素的合金。與此同時(shí),優(yōu)選 過渡金屬如鐵、銅、媒或鉛的含量設(shè)定為l(K)ppm或更低。
[00巧]導(dǎo)電劑的實(shí)例包括己快黑、炭黑、焦炭(優(yōu)選地,經(jīng)過800-200(TC溫度下熱處理并 具有10 y m或更小的平均粒徑)、碳纖維、石墨、金屬化合物粉末,例如TiO、TiC或者TiN和 金屬粉末,例如Al、Ni、化或化。該些物質(zhì)可W單獨(dú)使用或者混合使用。使用纖維直徑為 1 y m或更小的碳纖維可W降低電極電阻并提高循環(huán)壽命性能。
[0056] 粘結(jié)劑的實(shí)例包括聚四氣己帰(PTFE)、聚偏氣己帰(PVdF)、氣橡膠、丙帰酸橡膠、 下苯橡膠、核殼粘結(jié)劑和聚醜亞胺??蒞使用一種、兩種或更多種粘結(jié)劑。
[0057] 優(yōu)選地,所述負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的復(fù)合比例范圍分別為80-95重 量%、1-18重量%和2-7重量%。
[0058] 例如,所述負(fù)極是通過將負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑息浮在合適的溶劑中,施 加息浮液于集流體,之后干燥并在加熱下壓制而制成的。
[005引如隔膜
[0060] 隔膜可W設(shè)置在正極和負(fù)極之間。隔膜的實(shí)例包括采用聚己帰牌)、聚丙帰腫) 等材料制成的帰姪類多孔膜,W及纖維素纖維隔膜。隔膜的形式的實(shí)例包括無紡布、膜和 紙。隔膜的孔隙率優(yōu)選為50%或更高。具有60%或更高孔隙率的纖維素纖維隔膜具有優(yōu)異 的電解質(zhì)浸潰能力,并在低溫至高溫下都能表現(xiàn)出高輸出性能。更優(yōu)選的范圍為62-80%。
[0061] 構(gòu)成隔膜的纖維直徑設(shè)為10 ym或更小時(shí),可W提高非水電解質(zhì)與隔膜的親和 力,從而可W降低電池電阻。更優(yōu)選地,纖維直徑為3 y m或更小。
[0062] 優(yōu)選地,隔膜的厚度為30 ym或更小。更優(yōu)選地,隔膜厚度為20-100 ym,密度為 0. 2-0. 9g/cm3。當(dāng)物理性能在如上所述的范圍內(nèi)時(shí),可W在機(jī)械強(qiáng)度提高與電池電阻降低 之間獲得良好的平衡,并能提供一種具有高輸出和減少內(nèi)部短路發(fā)生特性的電池。高溫環(huán) 境下熱收縮小,同時(shí)可W獲得優(yōu)異的高溫存儲性能。
[0063] 隔膜可采用厚度為30 ym或更小的、孔隙率為50%或更高的并且含有纖維素或聚 帰姪的無紡布和多孔膜。
[0064] 4)非水電解質(zhì)
[0065] 非水電解質(zhì)的實(shí)例包括將電解質(zhì)溶解在有機(jī)溶劑中制備的有機(jī)液體非水電解質(zhì)、 液體有機(jī)溶劑和聚合物材料組合的有機(jī)凝膠非水電解質(zhì)W及裡鹽電解質(zhì)與聚合物材料組 合的固體非水電解質(zhì)。含有裡離子的室溫烙鹽(離子液體)也可用作非水電解質(zhì)。所述聚 合物材料的實(shí)例包括聚偏氣己帰(PVdF)、聚丙帰膳(PAN)和聚環(huán)氧己焼(PE0)。
[0066] 優(yōu)選地,非水電解質(zhì)為液態(tài)或凝膠態(tài),沸點(diǎn)為10(TC或更高,并且含有機(jī)電解質(zhì)或 室溫烙鹽。
[0067] 所述有機(jī)液體電解質(zhì)是通過將電解質(zhì)W 0. 5-2. 5mol/L濃度溶解在有機(jī)溶劑中 而制成的。所述濃度范圍即使在低溫環(huán)境下也可W提供高輸出。更優(yōu)選地,所述濃度為 1. 5-2. 5mol/L。
[0068] 電解質(zhì)的實(shí)例包括 LiBF*、LiPFe、LiAsFe、LiCl〇4、LiCFsSOs、LiN(CF3S〇2)2、 LiN (C2F5SO2) 2、Li仲35〇2) 3C和LiB [ (OCO) 2] 2??墒褂靡环N、兩種或更多種電解質(zhì)。在該些電 解質(zhì)中,優(yōu)選含有四氣測酸裡(LiBF4)。因此,提高了有機(jī)溶劑的化學(xué)穩(wěn)定性,并可W降低負(fù) 極上膜的電阻。因此,可W大幅度提高電池低溫性能和循環(huán)壽命性能。
[0069] 所述有機(jī)溶劑的實(shí)例包括環(huán)狀碳酸醋,如碳酸丙帰醋(PC)或碳酸己帰醋巧C);鏈 狀碳酸醋,如碳酸二己醋值EC)、碳酸二甲醋值MC)或碳酸甲己醋(MEC);鏈離,如二甲氧基 己焼值ME)或二己氧基己焼觸E);環(huán)離,如四氨巧喃(THF)或二氧戊環(huán)值0幻;Y-下內(nèi)醋 (GBL)、己膳(AN)和環(huán)下諷(SL)。該些有機(jī)溶劑可W單獨(dú)使用或兩種或更多種混合使用。 至少包含碳酸丙帰醋(PC)、碳酸己帰醋巧C)和Y-下內(nèi)醋佑BL)中的一種,從而將有機(jī)溶 劑的沸點(diǎn)提高到20(TC或更高。因此,可W提高有機(jī)溶劑的熱穩(wěn)定性。特別地,由于高濃度 裡鹽可W溶解在含有Y-下內(nèi)醋(GBL)的非水溶劑中,電池在低溫環(huán)境下的輸出性能可W 得到改善。
[0070] 優(yōu)選地,室溫烙鹽(離子液體)含有裡離子、有機(jī)陽離子和有機(jī)陰離子。優(yōu)選地, 室溫烙鹽在室溫或更低溫度下為液體形式。
[0071] 在下文中,將對含有室溫烙鹽的電解質(zhì)進(jìn)行說明。
[0072] 所述室溫烙鹽是指一種鹽,所述鹽至少部分在室溫下表現(xiàn)為液態(tài)。術(shù)語"室溫" 是指假定電源通常工作的溫度范圍。假定電源通常工作的溫度范圍的上限約為12(TC,或 在某些情況下約為6(TC,下限約為-4(TC,或在某些情況下約為-2(TC。優(yōu)選地,所述室溫 為-20°C至 60°C。
[0073] 優(yōu)選地,將含有裡離子、有機(jī)陽離子和有機(jī)陰離子的離子液體用作含有裡離子的 室溫烙鹽。優(yōu)選地,所述離子液體在室溫或更低溫度下為液體形式。
[0074] 有機(jī)陽離子的實(shí)例包括具有如下化學(xué)式(1)所示骨架的焼基咪哇鐵離子和季饋 離子:
[007引【化學(xué)式1】
[0076]

【權(quán)利要求】
1. 電池模塊,其包括兩個(gè)串聯(lián)電連接的非水電解質(zhì)電池,所述電池模塊的最大充電電 壓為4V-5V, 其中,每個(gè)非水電解質(zhì)電池包括: 正極,其包括由LiyFei_yMnyA,P〇4表示并具有橄攬石結(jié)構(gòu)的含鐵的磯化合物顆粒,其中A 為至少一種選自V、Mg、Ni、Al、Sn、Zr和佩的元素,并且設(shè)定0《X《1. 1、0《y《0. 2及 0《Z《0. 2 ; 負(fù)極,其包括含鐵氧化物;W及 非水電解質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊,其中,所述含鐵氧化物包含W下至少一種;具有斜 方猛礦結(jié)構(gòu)的裡鐵氧化物、具有尖晶石結(jié)構(gòu)的裡鐵氧化物、具有單斜結(jié)構(gòu)的鐵氧化物和魄 鐵氧化物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊,其中,相對于裡金屬電位,所述含鐵氧化物的裡吸 收-釋放電位為1V(相對于Li/Li+)-2. 5V(相對于Li/L〇。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊,其中,所述最大充電電壓為4. 1-4. 8V。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊,其最小放電電壓為2V或更大。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊,其中,所述含鐵的磯化合物顆粒的平均初級粒徑 為500nm或更小。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊,其中,所述正極包括設(shè)置在所述含鐵的磯化合物 顆粒的至少部分表面上的含碳層。
8. 車輛,其包括設(shè)置在發(fā)動機(jī)室中的根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊。
9. 電池組,其包括: 至少一個(gè)電池模塊;W及 保護(hù)電路,其控制所述至少一個(gè)電池模塊的最大充電電壓為4V-5V, 其中,所述至少一個(gè)電池模塊包括兩個(gè)串聯(lián)電連接的非水電解質(zhì)電池;并且 每個(gè)非水電解質(zhì)電池包括: 正極,其包括由LiyFei_yMnyA,P〇4表示并具有橄攬石結(jié)構(gòu)的含鐵的磯化合物顆粒,其中A 為至少一種選自V、Mg、Ni、Al、Sn、Zr和佩的元素,并且設(shè)定0《X《1. 1、0《y《0. 2及 0《Z《0. 2 ; 負(fù)極,其包括含鐵氧化物;W及 非水電解質(zhì)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組,其還包括與所述至少一個(gè)電池模塊相對的散熱器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組,其還包括電池模塊單元,所述電池模塊單元包括串 聯(lián)電連接的電池模塊。
12. 車輛,其包括設(shè)置在發(fā)動機(jī)室中的根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組。
【文檔編號】H01M10/052GK104466175SQ201410466591
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月20日
【發(fā)明者】高見則雄, 松野真輔 申請人:株式會社東芝
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