Método para mantener la carga de una batería secundaria de ión litio, sistema de batería, vehículo y dispositivo equipado con la batería.

Un método para cargar y mantener una batería secundaria de ión litio (101) que usa partículas de material activo positivo (135) fabricadas a partir de un material activo positivo de tipo coexistencia bifásica (PM) en su placa de electrodo positivo (130),

comprendiendo el método:

una etapa de sobrecarga (S7; S23) para cargar la batería secundaria de ión litio (101) a un SOC (estado de carga) de sobrecarga que no es mayor que un SOC del 100 % pero mayor que un SOC diana;

una etapa de descarga de retorno (S8; S24) para descargar, después de la etapa de sobrecarga (S7; S23) la batería secundaria de ión litio (101) para hacer al SOC de la batería igual al SOC diana; y

una etapa de mantenimiento (S10; S25) para mantener el SOC de la batería secundaria de ión litio (101) al SOC diana hasta que se inicia la siguiente descarga de la batería secundaria de ión litio (101).

Método para mantener la carga de una batería secundaria de ión litio, sistema de batería, vehículo y dispositivo equipado con la batería

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método para cargar y mantener (sostenimiento) de una batería secundaria de ión litio que usa un material activo positivo de tipo coexistencia bifásica en su placa de electrodo positivo. La presente invención también se refiere a un sistema de batería equipado con tal batería secundaria de ión litio y a un vehículo y a un dispositivo equipado con la batería que tiene tal sistema de batería montado en su interior, respectivamente.

Técnica anterior

Con la reciente popularización de la electrónica portátil, tal como teléfonos móviles, ordenadores personales de tamaño libreta y videocámaras, así como vehículos tales como coches eléctricos híbridos, hay una demanda creciente de baterías secundarias de ión litio (en lo sucesivo en este documento denominadas "baterías") para su uso en las fuentes de alimentación impulsoras de estos dispositivos y vehículos.

Como las baterías usadas en tales aplicaciones, se ha propuesto una diversidad de baterías secundarias de ión litio, tales como L¡FeP4, que usan un material activo positivo de tipo coexistencia bifásica en la placa del electrodo positivo (véanse los Documentos de Patente 1 y 2).

Adicionalmente, se conoce un método para equilibrar las celdas secundarias de ión litio en el sistema de paquete de baterías que contiene múltiples módulos de control del paquete de baterías. En este método, los módulos de control del paquete de baterías dentro del sistema del paquete de baterías están cargados a un estado de carga alta predeterminado (por ejemplo, aproximadamente el 85 % de capacidad relativa), después todos los módulos de control del paquete de baterías se descargan a un estado de histéresis de carga (por ejemplo, aproximadamente una capacidad relativa del 83 %), y finalmente los módulos de control del paquete de baterías se cargan simultáneamente hasta que se alcanza de nuevo el estado de carga alta predeterminado. (Véase el Documento de Patente 3).

Documentos de la técnica relacionada

Documentos de patente.

Documento de Patente 1: JP-A-26-12613 Documento de Patente 2: JP-A-22-288 Documento de Patente 3: US 28/39288 A1

Divulgación de la invención

Problemas que debe resolver la invención

Debe observarse que el material activo positivo de tipo coexistencia bifásica es una sustancia en la que una primera fase y una segunda fase pueden coexistir de forma estable en una partícula de material activo positivo, siendo la primera fase un compuesto de Li, tal como LiFeP4, en la que están insertados los iones Li, mientras que la segunda fase es el compuesto (por ejemplo, FeP4) que queda después de que se liberan (se desorben) los iones Li del compuesto de la primera fase mediante carga.

Las partículas de material activo positivo constituidas por el material activo positivo de tipo coexistencia bifásica suponen enteramente la primera fase cuando la batería está en un estado totalmente descargado, mientras que suponen enteramente la segunda fase cuando la batería está en un estado totalmente cargado. En los casos en los que la batería está cargada, las partículas de material activo positivo liberan los iones Li de sus superficies radialmente externas, provocando una transición de fase gradual desde la primera fase hasta la segunda fase, de manera que las partículas de material activo positivo se convierten en la segunda fase al menos en sus porciones periféricas externas durante la carga. En los casos donde la batería se descarga por un lado, los iones Li se insertan en las partículas de material activo positivo desde su superficie radialmente externas, provocando una transición de fase gradual desde la segunda fase hasta la primera fase, de manera que las partículas de material activo positivo se convierten en la primera fase al menos en sus porciones periféricas externas durante la descarga.

De acuerdo con el estudio de los inventores, se ha descubierto que las baterías que usan el material activo positivo de tipo coexistencia bifásica en la placa de electrodo positivo tienden a disminuir la capacidad de la batería cuando las baterías están cargadas y, posteriormente, se mantienen en el estado de carga (SOC) de ese momento. La probable razón para esto es la siguiente. Si el material activo positivo está en el segundo estado de fase, los iones

metálicos (por ejemplo, Fe de FeP4) contenidos en el compuesto a menudo se disuelven en la solución electrolítica. Esta disolución provoca una disminución en la cantidad del material activo positivo (por ejemplo, FeP4 y LIFeP4 obtenido insertando L¡ en el FeP4), o de los Iones metálicos, que se han disuelto, provocando la degradación del electrodo positivo o el electrodo negativo. Por lo tanto, hay un riesgo de que si las baterías se cargan, convirtiéndose las porciones periféricas externas de las partículas de material activo positivo en la segunda fase, y se mantiene en esta condición durante un tiempo prolongado, la capacidad de las baterías disminuiría progresivamente debido a la disolución de los iones metálicos.

Se ha descubierto también que, cuando el material activo positivo está en el estado de la primera fase, es improbable que los iones metálicos incluidos en este material se disuelvan en la solución electrolítica.

La presente invención se refiere a superar el problema anterior y un objeto de la invención es por tanto proporcionar un método de carga y mantenimiento de una batería secundaria de ión litio, método que es capaz de evitar una disminución en la capacidad de la batería. Otro objeto de la invención es proporcionar un sistema de batería capaz de evitar una disminución en la capacidad de la batería y un vehículo y un dispositivo equipado con la batería que tienen tal sistema de batería montado en su interior.

Medios para resolver los problemas

De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un método para cargar y mantener una batería secundaria de ión litio que comprende las etapas definidas en la reivindicación 1.

De acuerdo con el anterior método de carga y mantenimiento de batería, la batería se carga de una vez a un nivel de SOC de sobrecarga y, por lo tanto, se forma la segunda fase en las porciones periféricas externas de las partículas de material activo positivo en esta condición. Posiblemente, la batería se descarga en una etapa de descarga de retorno, haciendo de esta manera que el SOC de la batería sea igual a un nivel de SOC diana. En esta condición, se forma una capa fabricada de la primera fase en las periferias más externas de las partículas de material activo positivo, primera fase que es improbable que provoque la disolución de los iones metálicos en la solución electrolítica. De esta manera, el método de carga y mantenimiento de batería puede gestionarse para evitar que los iones metálicos se disuelvan de las partículas de material activo positivo (la segunda fase) para refrenar la disminución de la capacidad de la batería.

Como se ha explicado anteriormente, el material activo positivo de tipo coexistencia bifásica es una sustancia en la que una primera fase y una segunda fase pueden coexistir de forma estable en una partícula de material activo positivo, siendo la primera fase un compuesto que contiene Li, tal como LiFeP4 en el que están insertados los iones Li, mientras que la segunda fase es el compuesto (por ejemplo, FeP4) que queda después que los iones Li se desorban del compuesto de la primera fase mediante carga.

Además, las partículas de material activo positivo preparadas a partir del material activo positivo de tipo coexistencia bifásica tienen las características descritas anteriormente. Es decir, cuando la batería está en un estado totalmente descargado, las partículas de material activo positivo se convierten enteramente en la primera fase, mientras que cuando la batería está en un estado totalmente cargado, se convierten enteramente en la segunda fase. Cuando se carga la batería, las partículas de material activo positivo liberan los iones Li de sus superficies radialmente externas, provocando una transición de fase gradual de la primera fase a la segunda fase, de manera que las partículas de material activo positivo se convierten en la segunda fase al menos en sus porciones periféricas externas durante la carga. Cuando se descarga la batería, por otro lado, los iones Li se insertan en las partículas de material activo positivo desde sus superficies radialmente externas, provocando una transición de fase gradual desde la segunda fase hasta la primera fase, de manera... [Seguir leyendo]

1. Un método para cargar y mantener una batería secundaria de ión litio (11) que usa partículas de material activo positivo (135) fabricadas a partir de un material activo positivo de tipo coexistencia bifásica (PM) en su placa de electrodo positivo (13), comprendiendo el método:

una etapa de sobrecarga (S7; S23) para cargar la batería secundarla de ¡ón litio (11) a un SOC (estado de

carga) de sobrecarga que no es mayor que un SOC del 1 % pero mayor que un SOC diana;

una etapa de descarga de retorno (S8; S24) para descargar, después de la etapa de sobrecarga (S7; S23) la

batería secundarla de ¡ón litio (11) para hacer al SOC de la batería igual al SOC diana; y

una etapa de mantenimiento (S1; S25) para mantener el SOC de la batería secundaria de ¡ón litio (11) al SOC

diana hasta que se inicia la siguiente descarga de la batería secundaria de ¡ón litio (11).

2. El método de carga y mantenimiento de una batería secundaria de ¡ón litio (11) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa de sobrecarga (S7; S23) incluye cargar la batería (11) al SOC de sobrecarga, que es mayor que el SOC diana en un 2 % o mayor.

3. El método de carga y mantenimiento de una batería secundaria de ¡ón litio (11) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que método comprende adicionalmente:

una etapa de predicción de mantenimiento (S5) para predecir si la batería secundaria de ¡ón litio (11) se mantendrá al SOC diana durante no menos de una hora, siendo el SOC diana mayor que un SOC actual; y una etapa de selección (S6) para seleccionar la ejecución de la etapa de sobrecarga (S7), la etapa de descarga de retorno (S8) y la etapa de mantenimiento (S1), si se predice en la etapa de predicción de mantenimiento (S5) que la batería secundaria de ión litio (11) se mantendrá al SOC diana durante no menos de una hora.

4. Un sistema de batería (M1, M2, M3) que comprende:

una batería secundaria de ¡ón litio (11) que usa partículas de material activo positivo (135) preparadas a partir de un material activo positivo de tipo coexistencia bifásica (PM) en su placa de electrodo positivo (13); y medios de control de carga/descarga (2, 22) para controlar la carga y descarga de la batería secundaria de ión litio (11),

comprendiendo los medios de control de carga/descarga (2, 22):

un medio de sobrecarga para cargar la batería secundaria de ión litio (11) a un SOC de sobrecarga (estado de carga) que no es mayor que un SOC del 1 % pero es mayor que un SOC diana; un medio de descarga de retorno para descargar, después del funcionamiento del medio de sobrecarga, la batería secundaria de ión litio (11) para hacer que el SOC de la batería (11) sea igual al SOC diana; y un medio de mantenimiento para mantener el SOC de la batería secundarla de ión litio (11) al SOC diana hasta que se inicia la siguiente descarga de la batería secundaria de ión litio (11).

5. El sistema de batería (M1, M2, M3) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el medio de sobrecarga carga la batería (11) al SOC de sobrecarga, que es mayor que el SOC diana en un 2 % o mayor.

6. El sistema de batería (M1, M2, M3) de acuerdo con la reivindicación 4 o 5, en el que los medio de control de carga/descarga (2, 22) comprenden adlclonalmente:

un medio de predicción de mantenimiento para predecir si la batería secundaria de ión litio (11) se mantendrá al SOC diana durante no menos de una hora, siendo el SOC diana mayor que un SOC actual; y un medio de selección para seleccionar la ejecución del medio de sobrecarga, el medio de descarga de retorno y el medio de mantenimiento si el medio de predicción de mantenimiento predice que la batería secundaria de ión litio (11) se mantendrá al SOC diana durante no menos de una hora.

7. Un vehículo (1, 31) recargable a partir de una fuente de alimentación externa, incluyendo el vehículo (1, 31) el sistema de batería (M1, M3) de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 6.

8. Un dispositivo equipado con la batería (2) que Incluye el sistema de batería (M2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 6.

9. Un sistema de batería (M1, M2, M3) que incluye:

una batería secundaria de ión litio (11) que usa partículas de material activo positivo (135) en su placa de electrodo positivo (13), estando fabricadas las partículas de material activo positivo (135) a partir de un material activo positivo de tipo coexistencia bifásica (PM) en el que coexisten una primera fase (PM1) que incluye iones Li insertados en su interior y una segunda fase (PM2) de la que se han desorbldo los iones Li; y

medios de control de carga/descarga (2, 22) para controlar la carga y descarga de la batería secundaria de ¡ón litio (11),

en el que el sistema de batería comprende:

un medio de predicción de mantenimiento de SOC para predecir si la batería secundaria de ión litio (11) se

mantendrá a un SOC diana durante no menos de una hora;

un medio de formación de la primera fase para hacer que el SOC de la batería secundaria de ión litio (11) sea igual al SOC diana y hacer que las periferias más externas de las partículas de material activo positivo (135) sean la primera fase (PM1) si el medio de predicción de mantenimiento de SOC predice que la batería 1 (11) se mantendrá durante no menos de una hora; y

un medio de mantenimiento para mantener el SOC de la batería secundaria de ión litio (11), en el que las periferias más externas de las partículas de material activo positivo (135) están constituidas por la primera fase (PM1), al SOC diana hasta que se inicia la siguiente descarga de la batería secundaria de ión litio (11).