[发明专利]用于基于电极晶体结构改变而操作电池的系统和方法

说明书

提供了用于基于电极晶体结构改变而操作电池的系统和方法。一种电池包括：在超出阈值电位进行锂化时展现晶体结构改变的电极，以及电池管理系统。电池管理系统包括控制器，该控制器配置成在电池在线的同时，确定阈值电位，基于所确定的阈值电位而确定电池操作参数，并且基于所确定的电池操作参数而操作电池。

优先权要求

本申请要求享有2018年6月27日提交的题为“Method for Operating BatteriesBased on Electrode Crystal Structure Change”的美国临时申请序列号62/690,376的优先权，该美国临时申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开总地涉及电池，并且更具体地涉及用于电池的电池管理系统。

背景技术

数种新的电池化学品正在进入市场以提供特殊化应用中所必需的能力。曾经，锂离子电池市场被这样的电池在便携式电子器件中的使用所驱动，该便携式电子器件要求高能量但是仅有限的寿命和功率。最近，其它产业已经聚焦于电池的使用。作为举例，电池通常被合并到电力工具和某些类型的混合电动车辆中。每一种新的产业要求不同的性能特性。某些应用（诸如汽车应用），要求在既针对大包装又针对长寿命（例如至少10至15年）的电池安全方面的电池稳定性。

锂离子电池已经成为电动汽车和便携式电子器件应用二者中的产业标准。锂离子电池基于锂离子在负电极（还称为“阳极”）与正电极（还称为“阴极”）之间的移动而操作。当前的负电极是基于石墨，其为插入锂并且具有372mAh/g_石墨的重量比容量（gravimetriccapacity）的材料。硅由于其与锂形成合金并且实现3579mAh/g_Si的重量比密度（gravimetric density）的能力而已经被识别为潜在的负电极材料。然而，目前，使用纯硅作为负电极由于在纯硅的锂化过程期间发生的高体积膨胀率而已经证实是具有挑战性的。尽管如此但是，一些当前的电池将小量的纯硅或含硅的材料（诸如氧化硅（SiO）或硅合金（SiB₃、Si₂Fe、TiSi₂及其它））合并到基于石墨的负电极中以将负电极的重量比容量增加至纯石墨的水平以上。

锂离子电池通常在电池的操作期间耦合到电池管理系统（BMS）。BMS一般包括控制器，该控制器施行存储在存储器中的程序指令以操作电池来基于电池的操作参数的已知模型而控制电池以其充电和放电的速度。

因此所需要的是基于可测量的特征而设计BMS策略的改进方式，以便改进锂离子电池的循环寿命并且减少由于锂化过程期间的体积膨胀而可能发生的缺陷。

发明内容

一种电池包括在超出阈值电位进行锂化时展现晶体结构改变的电极，以及电池管理系统。电池管理系统包括控制器，该控制器配置成在所述电池在线的同时，确定阈值电位，基于所确定的阈值电位而确定电池操作参数，并且基于所确定的电池操作参数而操作所述电池。

在所述电池的实施例中，阈值电位的确定包括识别指示电极的内部状态的操作特性。

在另一实施例中，阈值电位的确定包括：将所述电池充电至超出阈值电位的第一电位，将所述电池从第一电位放电，并且在存储器中存储第一放电曲线；以及将所述电池充电至不超出阈值电位的第二电位，将所述电池从第二电位放电，并且在存储器中存储第二放电曲线。

在另外的实施例中，操作特性的识别包括识别存在于第一放电曲线中的在第二放电曲线中缺失的至少一个特征。

在所述电池的一些实施例中，阈值电位的确定还包括执行充电和放电循环至多个不同的截止电位，以及基于来自所述多个充电和放电循环的对应放电曲线而确定阈值电位。