[发明专利]控制二次电池中与反应相关的物质的沉淀和溶解的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制二次电池中与反应相关的物质的沉淀和溶解的系统和方法。具体地说，本发明涉及这样的用于控制二次电池中与反应相关的物质的沉淀和溶解的系统和方法：该系统和方法能够抑制由于在电池的负电极上沉淀与反应相关的物质而导致的二次电池的满充电容量降低。更具体地说，本发明涉及这样的用于控制二次电池中与反应相关的物质的沉淀和溶解的系统和方法：该系统和方法能够以不浪费电池中存储的电力的方式，通过在电池的负电极上已经沉淀与反应相关的物质之后迅速溶解与反应相关的物质，抑制诸如锂离子电池之类的二次电池的满充电容量降低。

背景技术

响应于近年来节能和全球环境保护意识的逐渐提高，例如，诸如电动车辆(EV)和混合动力车辆(HV)已开始普及。因此，例如已开始积极地开发诸如锂离子电池之类的二次电池，作为充当电动车辆动力源的电动机的电源。

一般而言，诸如锂离子电池之类的二次电池的一个不便因素是：当负电极电位变得低于或等于与反应相关的物质的电位时，与反应相关的物质(与电池反应相关)会发生沉淀。例如，在锂离子电池中，与反应相关的物质是锂，因此，当负电极电位变得低于或等于锂的电位(基于金属锂的0(零)V)时，金属锂在负电极上沉淀。

这样，沉淀的金属锂展现出低于锂离子电池的电解质溶液(例如，碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)等)的分解电位(基于金属锂的约0.8V)的电位。因而，已知由于沉淀的金属锂与电解质溶液之间发生反应，电解质溶液发生分解并且金属锂变为惰性氧化锂(请参阅Carmen M.Lopez、John T.Vaughey和Dennis W.Dees所发表的Morphological Transitions on Lithium Metal Anodes(金属锂阳极上的形态转换)，Journal of The Electrochemical Society，第156卷，第9期，A726至A729页，2009年)。这样，所产生的惰性氧化锂不再参与电池反应，其结果是锂离子电池的满充电容量不可逆地降低。

同时，与上述不同，已沉淀的金属锂中尚未变为惰性氧化锂的一部分例如在负电极电位变得高于或等于锂的电位时发生溶解，如图1所示，并且再次参与电池反应。图1是示出锂离子电池中负电极电位与锂的沉淀和溶解之间的关联的示意图。如图1中的图形所示，即使在处于无负荷状态的开路电压上，负电极电位也高于或等于0(零)V，因此锂逐渐溶解。通过此方式，为了抑制由于诸如锂离子电池之类的二次电池的负电极上沉淀与反应相关的物质而导致的二次电池满充电容量的不可逆降低，重要的是，在已沉淀的与反应相关的物质变得非活性之前，通过升高负电极电位来再次溶解已沉淀的与反应相关的物质。

在该技术领域中，提出一种通过以下方式溶解已沉淀的与反应相关的物质的技术：通过在与反应相关的物质已沉淀时控制负电极电位，以升高负电极电位。具体来说，提供一种这样的技术：例如在锂二次电池中，当锂树枝状结晶的沉淀量变得大于或等于允许的量时，通过从锂二次电池放电到放电电阻或负荷(例如，电动机)，或者使用外部电源向锂二次电池施加反电压来升高负电极电位，从而溶解已沉淀的锂树枝状结晶(例如，请参阅公开号为2009-199934的日本专利申请(JP 2009-199934A))。

但是，如果执行上述从锂二次电池到放电电阻的放电，则会浪费存储在二次电池中的电力。此外，从二次电池到诸如电动机之类的负荷的放电依赖于负荷的状态(例如，电动车辆的操作情况等)，因此并非始终可以在必要之时立即执行放电。此外，例如在电动车辆上安装二次电池时，为了使用外部电源向二次电池施加反电压，需要把电动车辆停在提供外部电源的位置并将电动车辆连接到外部电源。因此，在这种情况下存在这样一种可能：即，在锂沉淀之后经过很长一段时间才使用外部电源向二次电池施加反电压。金属锂在沉淀之后立即开始与电解质溶液发生反应，因此，即使通过如上所述在经过很长一段时间之后向二次电池施加反电压来升高二次电池的负电极电位，也可能在此时金属锂已经进行了去活性，从而不可能充分地溶解已沉淀的金属锂(例如，请参阅Carmen M.Lopez、John T.Vaughey和Dennis W.Dees所发表的Morphological Transitions on Lithium Metal Anodes(金属锂阳极上的形态转换)，Journal of The Electrochemical Society，第156卷，第9期，A726至A729页，2009年)。