[发明专利]锂离子电池的监控方法和用于其实施的监控装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子类型蓄电池领域。更具体地，本发明涉及电化学电池或电池组的监控方法。本发明还涉及包括实施这种监控方法的充电方法。本发明还涉及包括实施这种充电方法的电池制造方法。本发明还涉及通过实施这种制造方法得到的电池。本发明还涉及实施监控方法的监控装置。本发明最后涉及包括这种监控装置的充电系统。

背景技术

如图1所示，在用于锂离子类型电池中的电化学电池中，使用石墨电极30，尤其是石墨负电极。在第一次电化学反应、尤其是第一次充电时，在该电极处产生钝化膜或层33的形成。在电池的第一次充电时，通过包含在电解质(包括有机产品和锂盐)中的产品34的分解产生该膜。该分解允许膜的实现，其阻止与溶剂相关联的锂离子穿透电极。通过类比能够被形成到固体锂表面的钝化层，该膜称为“固体电解质界面”或“SEI”(“Solid Electrolyte Interface”，)。该膜对于电池的将来运行非常重要，因为其允许保护电极不受某些反应的影响。实际上，由于具有电子绝缘和离子导体属性的该膜，所以可以在基本没有增加电极石墨的不同层31或基板之间的距离的情况下以可逆方式存储和释出锂离子32。因此锂被存储在石墨层或基板之间。因此，随时间内保持石墨电极结构，并及该结构尺寸上足够稳定，以允许使电池的寿命较长。因此确保电池的最大容量。

在电化学电池的第一次充电时产生该膜的形成现象。其示于图2的示意图中。

通过测试石墨-锂半电池以已知方式研究该现象。在该电池的特别配置中，以石墨实施正电极并且负电极为金属锂箔。因此，在电化学半电池的第一次放电期间实现锂在石墨中的第一次存储，而在完整的电池充电期间产生相同的现象。该现象是较容易的观测方式，因为在电池的放电期间，在电池电压曲线上可见台阶(Palier)，该台阶对应于针对Li⁺/Li电偶（Li⁺/Li couple)的0.8V到其中锂被存储于石墨中的高电压的电势而言Li_xC₆的电化学减少。图2示出了石墨-锂半电池的放电电压曲线。在针对电化学Li⁺/Li电耦的0.8V电势的第一次放电时，膜SEI的形成台阶是可见的。该台阶仅在第一次放电时是可见的并且在后续放电时不再出现。实际上，膜SEI主要在锂离子在石墨中的第一存储阶段时形成。因此该第一阶段是最重要的并且应该被正确地管理，以便产生最佳可能的膜SEI，尤其是这涉及到它的厚度、它的规则性、它的表面状态、它的范围。这是为什么通常以恒定和低强度电流实施第一次充电的原因。

该转变对于完整的电池是不可识别的。在实践中，在商业电池中，在将它们出售之前，由制造者实施电池的第一次充电。通常，通过应用恒定电流实施该充电，直到电池达到电压阈值。这涉及恒流充电。如前所见，重要的是注意到，前面提及的并且时应于膜SEI的实现阶段的台阶在电池的第一次充电电压曲线上是不可见的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种监控方法，其允许克服前面提及的问题并改进现有技术中已知的监控方法。特别地，本发明提供一种简单、非侵入及低成本的电池监控方法。监控方法还允许优化的电池制造，在限定制造时间的同时确保制造质量。

根据本发明的方法允许监控电化学电池或电池组，尤其是锂离子类型的电化学电池或电池组的第一次充电。该方法包括与在电化学电池中或在电池组中产生的声学发射相关的数据的采集步骤，并包括使用采集的数据对以下进行检测的检测步骤：

-在电化学电池或电池组的电极上形成钝化膜；和/或

-锂在电化学电池成电池组的电极处的第一次存储。

检测步骤可基于声学发射特征。

声学发射特征可基于对与声学发射相关的一个或更多个以下参数的结合的分析：

-声学事件的数量；和/或

-声学事件的振幅；和/或

-声学事件的能量；和/或

-声学事件的上升或上升时间；和/或

-声学事件的频率；和/或

-声学事件的持续时间。

在与声学发射相关的参数之一的值超过预定阈值时，或在与声学发射相关的参数之一的导数的值超过预定阈值时，可认为检测到电化学电池或电池组的电极上钝化膜的形成和/或锂在电化学电池或电池组的电极处的第一次存储。

在与声学发射相关的参数的至少一个的值超出预定阈值时，可认为检测到或正在实施电化学电池成电池组的电极上的钝化膜的形成或者锂在电化学电池或电池组的电极处的第一次存储。