电化学装置及其控制方法、电子设备和存储介质与流程

本技术实施例涉及电化学，尤其涉及一种电化学装置及其控制方法、电子设备和存储介质。

背景技术：

1、随着笔记本电脑、手机、平板电脑、移动电源和无人机等电子产品的普及，对其中电化学装置的要求越来越高。不仅要求电化学装置轻便，还要求电化学装置具有较高的体积能量密度和较长的使用寿命。锂离子电池、钠离子电池等二次电池，作为电子产品中常用的电化学装置。硅材料具有较高的可逆容量，因此硅被认为是有可能应用于二次电池的负极材料，以继续提高二次电池的体积能量密度。然而，硅负极材料在循环过程中体积会产生较大的膨胀，进而影响二次电池的使用寿命。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术实施例提供一种电化学装置及其控制方法、电子设备和存储介质，能够在提升电化学装置体积能量密度的前提下，使电化学装置具有较长的使用寿命。

2、根据本技术实施例的第一方面，提供了一种电化学装置，所述电化学装置的负极活性材料包括第一活性材料和第二活性材料，所述第一活性材料的克容量小于所述第二活性材料，所述第一活性材料的放电工作电压范围包括不大于所述第二活性材料的放电工作电压上限的第一电压范围，所述电化学装置在第一时间段以第一放电截止电压和第一充电截止电压运行，所述电化学装置在第二时间段以第二放电截止电压和第二充电截止电压运行，所述第一放电截止电压和所述第二放电截止电压均位于所述第一电压范围内；其中，所述第一放电截止电压小于所述第二放电截止电压，和/或，所述第一充电截止电压大于所述第二充电截止电压。

3、电化学装置在第一时间段以第一放电截止电压和第一充电截止电压运行，电化学装置在第二时间段以第二放电截止电压和第二充电截止电压运行，第一放电截止电压和第二放电截止电压均位于第一电压范围内，而放电截止电压位于第一电压范围内时，负极活性材料中有较多第一活性材料和较多第二活性材料参与放电，通过调整电化学装置的放电截止电压和充电截止电压，使第一放电截止电压小于第二放电截止电压，和/或，第一充电截止电压大于第二充电截止电压，通过调整第二活性材料贡献的容量，使得第二活性材料贡献的容量与电化学装置的健康状态相对应，延长电化学装置的使用寿命，因此能够在提高电化学装置体积能量密度的前提下，使电化学装置具有较长使用寿命。

4、在一种可能的实现方式中，所述第一活性材料的放电工作电压范围包括大于所述第二活性材料的放电工作电压上限的第二电压范围，所述电化学装置在第三时间段以第三放电截止电压和第三充电截止电压运行；其中，所述第三放电截止电压位于所述第二电压范围，和/或，所述第二充电截止电压大于所述第三充电截止电压。

5、第二电压范围内，而放电截止电压位于第二电压范围内时，负极活性材料中有较多第一活性材料参与放电，而没有或仅有较少的第二活性材料参与放电，通过调整电化学装置的放电截止电压和充电截止电压，使第三放电截止电压位于第二电压范围，和/或，第二充电截止电压大于第三充电截止电压，可以使第二活性材料不参与电化学装置的放电过程，或仅有较少的第二活性材料参与电化学装置的放电过程，从而在第二活性材料发生较大的膨胀后，使第二活性材料不参与电化学装置的放电过程，从而抑制电化学装置的进一步膨胀，延长电化学装置的使用寿命。

6、在一种可能的实现方式中，所述电化学装置在第四时间段执行如下操作中的至少一个：(i)停止进行充放电；(ii)发出用于指示停止对所述电化学装置进行充放电操作的信息。

7、随着电化学装置的循环次数的增加，电化学装置的续航能力和安全性能会降低，影响用户的使用体验。由于第二活性材料在循环过程中会发生膨胀，随着电化学装置的循环次数增加，电化学装置的体积会产生较大的膨胀，电化学装置膨胀会增大电子设备损坏的风险。当电化学装置的续航能力和安全性能下降到一定程度，或电化学装置的体积膨胀到一定程度后，使电化学装置停止充放电，或发出用于指示停止对电化学装置进行充放电操作的信息，以提示用户更换电化学装置，可以提高用户的使用体验，而且可以提高电化学装置使用过程的安全性。

8、在一种可能的实现方式中，所述第一时间段、所述第二时间段、所述第三时间段和所述第四时间段在所述电化学装置的生命周期中按时间顺序依次排列。

9、第一时间段、第二时间段、第三时间段和第四时间段在电化学装置的生命周期中按时间顺序依次排列，电化学装置的放电截止电压按各时间段的时间顺序逐步提升，电化学装置的充电截止电压按各时间段的时间顺序逐步降低，在电化学装置循环的前期充分利用第二活性材料的高克容量优势，提高电化学装置的体积能量密度，在电化学装置循环的后期减少第二活性材料贡献的容量，降低电化学装置的膨胀速度，延长电化学装置的使用寿命，最终停止对电化学装置进行充放电操作或提示停止对电化学装置进行充放电操作，提高用户对于电化学装置的使用体验，并保证电化学装置所在电子设备的安全性。

10、在一种可能的实现方式中，所述第二活性材料包括硅，所述第一电压范围为不大于3.5v，所述第二电压范围为大于3.5v。

11、当第二活性材料包括硅时，在电化学装置的放电过程中，放电电压位于3.5v以上时，主要由第一活性材料参与电化学装置的放电过程，没有或仅有少量第二活性材料参与电化学装置的放电过程，而在放电电压位于3.5v以下时，第一活性材料和第二活性材料均会以较多的量参与电化学装置的放电过程。第一电压范围和第二电压范围以3.5v作为分界点，在第一时间段可以充分利用第二活性材料的高克容量性能，提高电化学装置的体积能量密度，在第二时间段可以减缓电化学装置的膨胀速度，延长电化学装置的使用寿命。

12、在一种可能的实现方式中，所述电化学装置在不同的时间段运行时，所述电化学装置的健康状态(state of health，soh)参数位于不同的取值范围。

13、电化学装置在不同的时间段运行时，电化学装置的soh参数位于不同的取值范围，即第一时间段、第二时间段、第三时间段和第四时间段可以根据电化学装置的soh参数确定。由于soh参数用于表征电化学装置的健康状态，根据soh参数确定电化学装置运行的各时间段，即为根据电化学装置的健康状态确定电化学装置运行的各时间段，使电化学装置在不同时间段内以不同的放电截止电压和/或充电截止电压运行，在充分利用第二活性材料高克容量性能，提高电化学装置体积容量密度的同时，保证电化学装置具有较长的使用寿命。

14、在一种可能的实现方式中，所述soh参数包括如下各项中的至少一个：(i)所述电化学装置的内阻；(ii)所述电化学装置的可逆容量；(iii)所述电化学装置的厚度；(iiii)所述电化学装置与用于装容所述电化学装置的壳体之间的压力或压强。

15、电化学装置的循环过程中，电化学装置的内阻、可逆容量、厚度、与壳体之间的压力或压强，均可以反映电化学装置的健康状态，将电化学装置的内阻、可逆容量、厚度、与壳体之间的压力或压强中的一个或多个作为soh参数，使得soh参数可以准确地反映电化学装置的健康状态，进而根据soh参数确定不同的时间段，通过调整电化学装置在不同时间段内的放电截止电压和充电截止电压，充分利用第二活性材料的高克容量性能，在提高电化学装置的体积能量密度的前提下，延长电化学装置的使用寿命。

16、在一种可能的实现方式中，所述soh参数为所述电化学装置与所述壳体之间的压强；当所述电化学装置与所述壳体之间的压强小于第一阈值时，所述电化学装置在所述第一时间段运行；当所述电化学装置与所述壳体之间的压强大于或等于所述第一阈值且小于第二阈值时，所述电化学装置在所述第二时间段运行；当所述电化学装置与所述壳体之间的压强大于或等于所述第二阈值且小于第三阈值时，所述电化学装置在所述第三时间段运行；当所述电化学装置与所述壳体之间的压强大于或等于所述第三阈值时，所述电化学装置在所述第四时间段运行。

17、使电化学装置与壳体之间的压强不断增大，因此可以通过依次增大的第一阈值、第二阈值和第三阈值，将电化学装置的生命周期划分为四个时间段，在前三个时间段内电化学装置以不同的放电截止电压和/或充电截止电压运行，在提高电化学装置体积容量密度的前提下，减缓电化学装置的膨胀速度，延长电化学装置的使用寿命，在最后一个时间段停止对电化学装置进行充放电操作或提示停止对电化学装置进行充放电操作，提高用于对于电化学装置的使用体验。

18、在一种可能的实现方式中，所述第一阈值大于或等于0.03mpa，所述第二阈值小于0.5mpa，所述第三阈值大于或等于0.5mpa，所述第二阈值大于所述第一阈值。

19、设定第一阈值大于或等于0.03mpa，第二阈值小于0.5mpa，第三阈值大于或等于0.5mpa，通过第一阈值、第二阈值和第三阈值将电化学装置的生命周期划分为四个时间段，电化学装置在前三个时间段以不同的放电截止电压和/或充电截止电压运行，在充分利用电化学装置的能量密度的同时，减缓电化学装置的循环状态的恶化，延长电化学装置的使用寿命。在最后一个时间段停止对电化学装置进行充放电操作，或提示用户提示对电化学装置进行充放电操作，可以避免电化学装置由于不可逆膨胀过大而对壳体造成挤压损伤。

20、在一种可能的实现方式中，所述电化学装置的负极活性材料中硅的质量占比位于(0％,60％]范围内。

21、硅作为第二活性材料时，随着负极活性材料中硅含量的增加，电化学装置的体积能量密度增加，但电化学装置的循环寿命衰减，使负极活性材料中硅的质量占比小于或等于60％，可以在提高电化学装置的体积能量密度，而且不会使电化学装置的循环寿命过分衰减，进而通过控制电化学装置在不同时间段内以不同的放电截止电压和/或充电截止电压运行，可以实现在提高电化学装置体积能量密度的前提下，保证电化学装置具有较长的循环寿命。

22、在一种可能的实现方式中，所述电化学装置的负极活性材料中硅的质量占比位于[10％,20％]范围内。

23、硅作为第二活性材料时，负极活性材料中硅的质量占比位于[10％,20％]范围时，基于硅的高克容量特性，可以提高电化学装置的体积能量密度，由于硅的质量占比小于或等于20％，对电化学装置的循环性能不会造成显著的影响，通过控制电化学装置在不同时间段以不同的放电截止电压和/或充电截止电压运行，在充分利用电化学装置的能量密度的同时，保证电化学装置具有较长的循环寿命。

24、根据本技术实施例的第二方面，提供了一种电化学装置控制方法，用于对电化学装置的充放电过程进行控制，所述电化学装置的负极活性材料包括第一活性材料和第二活性材料，所述第一活性材料的克容量小于所述第二活性材料，所述第一活性材料的放电工作电压范围包括不大于所述第二活性材料的放电工作电压上限的第一电压范围，所述电化学装置控制方法包括：控制所述电化学装置在第一时间段以第一放电截止电压和第一充电截止电压运行，所述第一放电截止电压位于所述第一电压范围内；控制所述电化学装置在第二时间段以第二放电截止电压和第二充电截止电压运行，所述第二放电截止电压位于所述第一电压范围内；其中，所述第一放电截止电压小于所述第二放电截止电压，和/或，所述第一充电截止电压大于所述第二充电截止电压。

25、在第一时间段内控制电化学装置以第一放电截止电压和第一充电截止电压运行，在第二时间段内控制电化学装置以第二放电截止电压和第二充电截止电压运行，第一放电截止电压和第二放电截止电压均位于第一电压范围内，而放电截止电压位于第一电压范围内时，负极活性材料中有较多第一活性材料和较多第二活性材料参与放电，通过调整电化学装置的放电截止电压和充电截止电压，使第一放电截止电压小于第二放电截止电压，和/或，第一充电截止电压大于第二充电截止电压，进而调整第二活性材料贡献的容量，使得第二活性材料贡献的容量与电化学装置的健康状态相对应，延长电化学装置的使用寿命，因此能够在提高电化学装置体积能量密度的前提下，使电化学装置具有较长使用寿命。

26、在一种可能的实现方式中，所述第一活性材料的放电工作电压范围包括大于所述第二活性材料的放电工作电压上限的第二电压范围，所述电化学装置控制方法还包括：控制所述电化学装置在第三时间段以第三放电截止电压和第三充电截止电压运行；其中，所述第三放电截止电压位于所述第二电压范围，和/或，所述第二充电截止电压大于所述第三充电截止电压。

27、在一种可能的实现方式中，所述电化学装置控制方法还包括：在第四时间段控制所述电化学装置执行如下操作中的至少一个：(i)停止进行充放电；(ii)发出用于指示停止对所述电化学装置进行充放电操作的信息。

28、在一种可能的实现方式中，所述第一时间段、所述第二时间段、所述第三时间段和所述第四时间段在所述电化学装置的生命周期中按时间顺序依次排列。

29、在一种可能的实现方式中，所述电化学装置控制方法还包括：根据所述电化学装置的soh参数所处的取值范围，确定所述电化学装置所在的时间段。

30、在一种可能的实现方式中，所述soh参数包括如下各项中的至少一个：(i)所述电化学装置的内阻；(ii)所述电化学装置的可逆容量；(iii)所述电化学装置的厚度；(iiii)所述电化学装置与用于装容所述电化学装置的壳体之间的压力或压强。

31、在一种可能的实现方式中，所述电化学装置的负极活性材料中硅的质量占比位于(0％,60％]范围内。

32、在一种可能的实现方式中，所述电化学装置的负极活性材料中硅的质量占比位于[10％,20％]范围内。

33、根据本技术实施例的第三方面，提供了一种电化学装置管理系统，所述电化学装置管理系统与电化学装置连接，所述电化学装置管理系统用于执行上述第二方面或第二方面的任一可能实现方式提供的电化学装置控制方法。

34、根据本技术实施例的第四方面，提供了一种电子设备，包括上述第一方面或第一方面的任一可能实现方式提供的电化学装置，或者包括上述第三方面提供的电化学装置管理系统。

35、根据本技术实施例的第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第二方面或第二方面的任一可能实现方式提供的电化学装置控制方法。

36、由上述技术方案可知，电化学装置在第一时间段以第一放电截止电压和第一充电截止电压运行，电化学装置在第二时间段以第二放电截止电压和第二充电截止电压运行，第一放电截止电压和第二放电截止电压均位于第一电压范围内，而放电截止电压位于第一电压范围内时，负极活性材料中有较多第一活性材料和较多第二活性材料参与放电，通过调整电化学装置的放电截止电压和充电截止电压，使第一放电截止电压小于第二放电截止电压，和/或，第一充电截止电压大于第二充电截止电压，通过调整第二活性材料贡献的容量，使得第二活性材料贡献的容量与电化学装置的健康状态相对应，延长电化学装置的使用寿命，因此能够在提高电化学装置体积能量密度的前提下，使电化学装置具有较长使用寿命。