[发明专利]可于宽温度范围提供高放电脉冲的锂电池组件及形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种可于宽温度范围提供高放电脉冲的锂电池组件及形成方法。

背景技术

随着无线通讯技术的快速发展，移动设备已经全面数字化而功能也日趋复杂。相应的，设备工作模式对电源的需求转为瞬时大电流脉冲用于传输无线数据。以全球移动通信系统(GSM)为例，其典型需求为2A、500ms脉冲电流。另以近年快速发展的智能抄表(AMR)系统为例，其具有自动采集数字化水表、电表读数能力，通过无线通讯定期将数据传输至移动收集终端，并进一步上传中央管理平台。应用于此类AMR系统的电源应具备长寿命、瞬时大电流放电、以及因应户外条件的宽工作温高度范围的能力。

在传统的移动设备单电池电源系统中，锂/卤氧化物一次电化学电池例如锂/亚硫酰氯(Li/SOCl₂)或锂/硫酰氯(Li/SO₂Cl₂)电池以其高能量密度、长使用寿命、和相对宽的工作温度范围，可作为一类重要的解决方案。此类系统典型的用电需求，一般包括一个低至数毫安级的持续背景电流，和间歇性的数十毫安至数安培级的短电流脉冲，其中脉冲宽度在毫秒级别。然而，在开路或低电流条件下，锂/卤氧化物电池的阳极会在表面形成钝化层，严重降低电池的可用工作电流。在此情况下，高电流放电脉冲会导致电池输出电压急剧下降至较低水平，而不能驱动相应的用电器件。通过在电池电解质中加入添加剂，例如聚氯乙烯(PolyvinylChloride)、三氧化硫(SO₃)，可提升钝化层电导率而部分改善相关问题，但钝化过程依然存在。同时添加剂效果会随时间在数月内减弱，相对于此类电池数年的工作寿命，对整体电池性能提升有限。另外的可能解决方式包括改变电池结构设计从碳包式(Bobbin)至卷绕式(Jelly-Roll)，以获得更大的电极表面积从而提升放电功率。然而此方式不仅不能解决电极钝化问题，电池在特定条件下，例如短路、挤压、穿刺等，存在较高的爆炸风险。

关于其它解决方案，本领域已知将具有高放电功率的电容器件与一次电化学电池并联的组合，用以提高瞬间放电的能力。其中一种前例电路1简图如图1所示，包括一个一次电化学电池2，以及与之并联的电容器件3。这种方式能够一定程度上减低两接入端4、5间进行大电流放电时的电压降问题。电路1典型的工作方式为电容器3由一次电池2充电至两者电压相等。当接入端4、5间开路时一次电池2提供小电流予电容器3以补偿其漏电流。当接入端4、5间接入负载而需要电路1提供大电流时，部分电流可由电容器3输出从而降低了对一次电池2的电流需求。因此在电容器3可放电容量内，一次电池2因高电流放电导致的低电压输出问题可以减轻。

然而，上述方案可应用范围较小。主要原因为：若维持电容器件3电压在负载工作周期内的电压在特定水平，考虑到前述通讯器件所需脉冲能量，要求电容器3具有极大电容值。而典型的具有极大电容值的电容器对于绝大多数应用来说，其成本过于昂贵以及体积不可接受。

前例WO专利2007097534(ChungSe-II等)将上述电容器件3替换为双电层电容(ElectricDouble–LayerCapacitor，EDLC)或超级电容。超级电容具有远高于常见电解电容器的电容值(同体积条件下典型值为电解电容数百倍)，因而可以部分减低因电容体积庞大导致的实用性问题。然而此类替换不能解决漏电流的问题。超级电容器因其高自放电率导致的容量损失可达50％/月，远高于一般锂离子电池的5％/月(DaniloPorcarelli等，NetworkedSensingSystems(INSS),2012NinthInternationalConferenceon,pages1-4,2012)。考虑到超级电容器的高电容值和相应的高储电能力，其开路条件下相对较大的漏电损失会严重消耗与之配合的一次电池容量，而影响电源的工作寿命。