[发明专利]双极性过电压电池脉冲装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及用来增加电池的循环寿命及容量的双极性过电压电池脉冲装置及方法。

背景技术

可充电电池是一种存储能量的电化学电池，基于电气设备的需求通过放电传递能量。可通过使得电流沿与放电方向相反的方向通过电池来给可充电电池充电。

可充电电池常遇到的问题是电池的能量容量在后续充电周期内会损失，导致电池在下一充电周期之前的使用的时间量缩短。例如，当电池没有完全放电时，在使用一段时间之后的充电周期之后，可能导致电池的保持全部能量容量的能力的丧失。当存在重复的浅充电周期之后跟随充电周期时，保持全部能量容量的能力丧失可能会加剧。为了降低保持电池的大致全部能量容量的能力的丧失程度，进一步防止可用能量容量在充电周期之后快速劣化，制造商建议在给充电电池充电之前使可电池深度放电。

尽管存在可能导致电池保持全部充电容量的能力丧失的许多现象，但众所周知的是，在阳极和阴极任何一者或两者上再生的活性成分（activeconstituent）的能力退化可能是一个影响因素。例如，据报道，铅酸蓄电池的容量下降与阴极和阳极的活性物质的性质的逐渐变化有关，同样导致了电池的寿命缩短以及电池保持容量的能力丧失。阴极和阳极的表面结构的初始状态是多孔的，允许更多活性物质暴露在电池内部的电解质中。由于电池经受多次放电和充电，因此阴极和阳极的表面结构逐步变得不断由总体的晶体结构限定，晶体结构减少了活性物质的表面与电池的电解质溶液的整体表面接触。

现有技术中尝试降低电池的这些影响以改善电池的充电周期，所述尝试包括在将电池充电至推荐的工作电平之前要确保电池深度放电。现有技术中的其他电池充电器控制充电模式，在一些情况下，可包括电池充电期间的轻微放电序列。例如，Sage在美国专利第5,633,574号中公开了一种电池的充电序列（包括重复地应用包括1000毫秒充电、2毫秒不充电、5毫秒放电及10毫秒不充电的序列），可以降低电池保持全部充电容量的能力的丧失程度。Pittman等人在美国专利第5,998,968中公开了以预定充电序列向电池应用放电、充电及休息期直至电池充满电。Imanaga在美国专利第5,777,453号中提出另一种充电测序策略，其中，在充电序列期间没有施加电压时，周期性地向电池施加电压脉冲，在脉冲之后是休眠期。

电池保持全部充电容量的能力在多个充电周期内不断的丧失也可以导致电池的整个寿命缩短。即，众所周知，电池保持容量的能力丧失不是完全不可逆转的且在电池的寿命期间是可以累积的，从而导致电池的整个寿命缩短。

在充电周期内，电极或板吸引离子—正极板吸引负离子，负极板吸引正离子—阻碍了离子进一步转移给板。由于给电池充了电，因此形成了增加的阻抗，从而导致要充了电的电池的电阻增加。最后，一旦完成充电并除去任何过电压，阳极和阴极上就会达到平衡，使得离子转移至电极的速率等于相同类型的离子远离电极的速率。

方程1表示的波尔兹曼方程及方程2表示的能斯特方程以离子在本体电化学溶液中的浓度D_se与存在于电极表面层的相同类型的离子的浓度D_me的比相对于存在于电化学溶液和电极之间的电位差（V_se-V_me）以及其对所述比D_se/D_me的相互依赖性描述了在电化学体系中形成的热力学平衡（稳态）。例如，参见Christian Gerthsen和Helmut Vogel:Gerthsen Physics,19ed.,Springer Verlag,Berlin and New York。