CN102456912A - 磷酸铁锂锂离子电池及其电量状态检测方法及配对方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂离子电池领域，公开了一种磷酸铁锂锂离子电池及其电量状态检测方法及配对方法。锂离子电池包括电芯，所述电芯由正极片、负极片、隔膜层叠或卷绕而成，其中所述隔膜间隔在所述正极片、负极片之间，涂覆在所述正极片上的正极材料包括：磷酸铁锂、以及第二辅助正极材料，所述第二辅助正极材料为放电平台高于所述磷酸铁锂的正极材料。应用本实施例技术方案可以通过简单的锂离子电池电压测量获知当前锂离子电池的电量状态。

Description

磷酸铁锂锂离子电池及其电量状态检测方法及配对方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池及其电量状态检测方法及配对方法。

背景技术

目前磷酸锂离子电池主要应用于动力电池，动力电池通常无法通过单电芯完成，需要通过串并联成组，而成组前需要对电芯的电压、内阻和容量进行配对。在进行动力电池组的配对过程中，电池组中的各锂离子电池单体电量的均衡性越好，整个动力电池组的性能越好；否则，电池组中各锂离子电池的电量不一，在使用的过程中会造成电量少的电池可能存在过放，在充电的过程中，电量较多电池可能存在过充，造成电池损耗过大，影响整体锂离子电池组的寿命。

磷酸铁锂为动力电池组用的锂离子电池的一种正极材料，由于磷酸铁锂的特性，单纯由磷酸铁锂作为正极材料制成的锂离子电池的放电平台非常平缓，一般磷酸铁锂锂离子电池充电后的静置电压几乎总是处于3.34V，并且该静置电压的数值基本与充电的程度无关。由于磷酸铁锂锂离子电池的上述特性，现有技术无法通过传统的电压-容量关系对容量进行估算。

在对常规的磷酸铁锂电池(正极材料仅为磷酸铁锂)生产进行分容之后一般会入库存储，经过一段时间后，从仓库取出进行电池配对组成电池组。但是，由于磷酸铁锂的上述特性，通过锂离子电池的开路电压测量无法获知当前的锂离子电池的电量状态，如果直接根据这些锂离子电池的容量分级(在锂离子电池生产过程中的分容步骤中获得)直接配对组成电池组的话，则可能配对的电池组中的锂离子电池的电量存在不均衡的情况，造成电池组的寿命较低的质量问题。

为了保证动力电池组的质量，在现有技术中往往需要重分容来明确电池的容量，在重分容后立即根据当前的容量对电池组进行配对。

发明内容

本发明第一目的在于：提供一种磷酸铁锂锂离子电池，可以通过简单的锂离子电压测量获知当前锂离子电池的电量状态。

本发明第二目的在于：提供一种磷酸铁锂锂离子电池电量状态检测方法，可以通过简单的电压测量获知当前磷酸铁锂锂离子电池的电量状态。

本发明第三目的在于：磷酸铁锂锂离子电池进行配对成组的方法，利用该方法可以通过简单的电压测量获知当前磷酸铁锂锂离子电池的电量状态，保证配对的锂离子电池均为满充状态，就具有良好的电量均衡性能。

本发明实施例提供的一种锂离子电池，包括卷绕电芯，所述电芯由正极片、负极片、隔膜层叠或卷绕而成，其中所述隔膜间隔在所述正极片、负极片之间，

涂覆在所述正极片上的正极材料包括：磷酸铁锂、以及第二辅助正极材料，

所述第二辅助正极材料为放电平台高于所述磷酸铁锂的正极材料。

可选地，所述第二辅助正极材料的放电平台比所述磷酸铁锂的放电平台至少高200毫伏特。

可选地，所述第二辅助正极材料为：锰酸锂、或钴酸锂。

可选地，所述第二辅助正极材料在所述正极材料中的含量不超过wt20％。

可选地，所述第二辅助正极材料在所述正极材料中的含量为wt10％、或者wt5％。

本发明实施例提供的一种对上述之任一一种锂离子电池的电量状态检测方法，包括：

测量所述锂离子电池的开路电压，如果所述开路电压达到所述第二辅助正极材料对应的满电状态下对应的静置电压，则认为所述锂离子电池中的磷酸铁锂处于满充状态；否则：

将当前的锂离子电池补充电量至满充，其中充电电压不高于所述第二辅助正极材料的充电电压平台。

可选地，将当前的锂离子电池补充电量至满充，具体是：

对当前的锂离子电池补充电量直到电池的电压达到所述第二辅助正极材料的充电电压平台为止。

本发明实施例提供的一种对上述之任一一种锂离子电池进行配对成组的方法，包括：

测量各所述锂离子电池的开路电压；

如果当前所述锂离子电池的开路电压达到所述第二辅助正极材料对应的满电状态下对应的静置电压，则：认为当前所述锂离子电池中的磷酸铁锂处于满充状态，否则：

将当前的所述锂离子电池补充电量至满充状态，其中充电电压不高于所述第二辅助正极材料的充电电压平台。

由上可见，应用本实施例的技术方案，由于其正极材料除了主要材料磷酸铁锂之外，还包括放电平台高于磷酸铁锂的第二辅助正极材料。那么在进行电池放电的过程中，该放电平台较高的第二辅助正极材料首先放电，在对仓库中取出的本实施例锂离子电池进行配对时，则可以通过对当前的锂离子电池的开路电压进行测量，如果当前的锂离子电池的开路电压达到额定电压(该额定电压为仅由第二辅助正极材料制造的锂离子电池在满充状态下的静置电压)，则当前的锂离子电池中的磷酸铁锂材料还处于充满状态；如果当前的锂离子电池的开路电压低于额定电压，则当前的锂离子电池中的磷酸铁锂材料可能处于未充满状态，此时可以通过对该锂离子电池进行补充电而使其开路电压达到上述的额定电压为止。

综上，应用本实施例技术方案，由于该锂离子的正极材料中除了磷酸铁锂材料外，还包括放电平台较高的第二辅助正极材料，使得该第二辅助正极材料作为一种信使材料，通过简单的锂离子电池开路电压的测量即可确定当前锂离子电池中的主要正极材料磷酸铁锂是否处于满充状态，可以通过补充电的方式，保证电池组中的磷酸铁锂处于满充状态，保证配对的电池组的质量以及寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明实施例1提供的一种质量百分比为80％的磷酸铁锂与20％的锰酸锂组成的混合正极材料制成的电池对应的恒流脉冲充电电压-时间曲线示意图；

图2为本发明实施例1中，本发明人在本发明研究过程中得到的锰酸锂、磷酸铁锂、以及质量百分比为80％的磷酸铁锂与20％的锰酸锂组成的混合正极材料对应的放电容量-电压对比示意图；

图3为本发明实施例2提供的一种对实施例1所示的锂离子电池电量状态检测方法流程示意图；

图4为本发明实施例3提供的一种对本实施例1中所示的提供的锂离子电池进行配对方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

本实施例提供一种适用于锂离子电池，该锂离子电池可以为目前各种规格或者形状的锂离子电池，包括：卷绕电芯，该电芯由层叠的正极片、负极片、隔膜层叠或卷绕而成。其中隔膜间隔在正极片、负极片之间，本锂离子电池与现有技术中的磷酸铁锂电池所不同之处在于：

涂覆在所述正极片上的正极材料除了磷酸铁锂的主要材料之外，还包括放电平台高于磷酸铁锂的第二辅助正极材料。

由上可见，应用本实施例的技术方案，由于其正极材料除了主要材料磷酸铁锂之外，还包括放电平台高于磷酸铁锂的第二辅助正极材料。那么在进行电池放电的过程中，该放电平台较高的第二辅助正极材料首先放电，在对仓库中取出的本实施例锂离子电池进行配对时，则可以通过对当前的锂离子电池的开路电压进行测量，如果当前的锂离子电池的开路电压达到额定电压(该额定电压为仅由第二辅助正极材料制造的锂离子电池在满充状态下的静置电压)，则当前的锂离子电池中的磷酸铁锂材料还处于充满状态；如果当前的锂离子电池的开路电压低于额定电压，则当前的锂离子电池中的磷酸铁锂材料可能处于未充满状态，此时可以通过对该锂离子电池进行补充电而使其开路电压达到上述的额定电压为止。

综上，应用本实施例技术方案，由于该锂离子的正极材料中除了磷酸铁锂材料外，还包括放电平台较高的第二辅助正极材料，使得该第二辅助正极材料作为一种信使材料，通过简单的锂离子电池开路电压的测量即可确定当前锂离子电池中的主要正极材料磷酸铁锂是否处于满充状态，可以通过补充电的方式，保证电池组中的磷酸铁锂处于满充状态，保证配对的电池组的质量以及寿命。

在本实施例中，可以但不限于选用钴酸锂作为本实施例中的第二辅助正极材料，钴酸锂对应的静置电压为3.77V左右。那么在本实施例子中进行锂离子电池的电量状态检测时，如果当前的锂离子电池的开路电压达到或者高于3.77V，则认为当前的锂离子电池中的磷酸铁锂处于满充状态，否则认为其中的磷酸铁锂处于非满充状态，可以通过补充电的方式，保证电池组中的磷酸铁锂处于满充状态，保证配对的电池组的质量以及寿命。

在本实施例中，可以但不限于选用锰酸锂作为本实施例中的第二辅助正极材料，锰酸锂对应的静置电压为3.85V左右。那么在本实施例子中进行锂离子电池的电量状态检测时，如果当前的锂离子电池的开路电压达到或者高于3.85V，则认为当前的锂离子电池中的磷酸铁锂处于满充状态，否则认为其中的磷酸铁锂处于非满充状态，可以通过补充电的方式，保证电池组中的磷酸铁锂处于满充状态，保证配对的电池组中的质量以及寿命。

图1为对本实施例中质量百分比为80％的磷酸铁锂与20％的锰酸锂组成的混合正极材料制成的电池对应的恒流脉冲充电电压-时间曲线示意图。

参见图1所示，在进行充电的过程中，首先对正极材料中的磷酸铁锂充电，当磷酸铁锂基本充满后，锂离子电压达到3.34V左右(磷酸铁锂的满充静置电压)后，开始主要对第二辅助正极材料锰酸锂充电，直到锰酸锂充满后，锂离子电池的电压基本维持3.85V左右。

图2为本发明人在本发明研究过程中得到的锰酸锂、磷酸铁锂、以及质量百分比为80％的磷酸铁锂与20％的锰酸锂组成的混合正极材料对应的放电容量-电压对比示意图。

其中，201所示的曲线为锰酸锂对应的放电容量-电压曲线，202所示的曲线为磷酸铁锂对应的放电容量-电压曲线，203所示的曲线为混合正极材料对应的放电容量-电压曲线。

由图2中的201曲线可见，对于锰酸锂材料，其满充状态的静置电压为3.85左右。在电量减少的过程中，电压随电量的变化较为明显，且在本实施例子中基本呈线性变化关系，当锰酸锂材料完全放电后，电压在较短的时间内呈较快的速度下降。

由图2中的曲线202可见，对于磷酸铁锂材料，当电池的电压达到静置电压3.34左右之后，在电池的电量减少过程中其电压基本不发生改变，只有其电量较少到极少程度时，电池的电压瞬间下降。在进行实验过程中，将放电下限定为2.5V左右，避免过放，造成正极材料发生衰减，影响电池的质量。

由图2中的曲线203可见，对于本实施例中质量百分比为80％的磷酸铁锂与20％的锰酸锂组成的混合正极材料制成的电池，其放电曲线中有两个放电平台：

参见曲线中电压从3.8V左右到3.34V左右的变化曲线，此时为锰酸锂放电完成，转为磷酸铁锂放电；

由图2可见，参见曲线中的3.34V左右到3.0左右的变化曲线，此时磷酸锂铁主要放电，电压基本维持不变，当电量减少到一定程度时，电压瞬时下降。

在本实施例中的放电实验过程中，保证放电电压不低于相应材料对应的放电电压下限，保证各种正极材料不过放衰减。

由图2中的曲线203可见，由于在本实施例锂离子电池中除了主要的正极材料磷酸铁锂之外，还包括有放电电压平台高于磷酸铁锂的第二辅助正极材料，由于该第二辅助正极材料的放电电压平台高于磷酸铁锂，故其肯定先于磷酸铁锂放电，如果当前锂离子电池的电压能够达到或略高于该第二辅助正极材料对应的满充静置电压，即第二辅助正极材料基本处于满充状态，也就本锂离子电池中的主要正极材料：磷酸铁锂肯定处于满充状态，即在进行测试的过程中，可以将第二辅助正极材料作为一种信使材料，通过其特性，而快速确定当前锂离子电池的满充状态。

需要说明的是，在本实施例中，第二辅助正极材料在正极材料中的含量基本越少越好。比如其质量百分比含量在20％以内，一般情况下优选2％、5％、10％左右。在此不作赘述。

另外，在本实施例的试验过程中，本实施例的锂离子电池的充电上限不高于：磷酸铁锂、第二辅助正极材料两者对应的充电上限的较低高者。本实施例的放电电压下限不低于：磷酸铁锂、第二辅助正极材料两者对应的放电下限的较低者。

比如：在本实施例第二辅助正极材料为：锰酸锂时，对该锂离子电池的充放电范围设置为4.2V～2.5V，充电电压上限保证电池充电充满，放电下限则实现磷酸铁锂基本放电的同时保证信使材料不严重过放。

实施例2：

图3为本实施例提供的一种锂离子电池电量状态检测方法流程示意图。该锂离子电池为实施例1中所述的锂离子电池。

参见图3所示，该流程主要包括：

步骤301：测量锂离子电池的开路电压。

其测试方法可以为已有技术中的任一。

步骤302：如果开路电压低于第二辅助正极材料对应的满电状态下对应的静置电压，则执行步骤303；否则执行步骤304。

比如该第二辅助正极材料为锰酸锂时，锰酸锂对应的满充静置电压为3.85V左右，即在本步骤中，当当前的开路电压V0＜3.85V时，则认为当前的锂离子电池中的主要正极材料磷酸铁锂可能处于非满充状态，执行步骤303；否则，认为当前锂离子电池中的磷酸铁锂肯定处于满充状态，执行步骤304。

步骤303：将当前的锂离子电池补充电至静置电压，执行步骤304。

如果当前的锂离子电池中的磷酸铁锂可能处于非满充状态，则对当前的锂离子电池进行补充电量，直到其电池的静置开路电压达到3.85V左右时，在进行本步骤过程中，一般将电池充电达到4.2V左右，在电池静置过程中，其电压会回落到3.85V左右。

通过本步骤的操作，可以将非满充的锂离子电池补充电量至满充。

步骤304：认为当前的锂离子电池中的磷酸铁锂处于满充状态。

实施例3：

图4为对本实施例1中提供的锂离子电池进行配对方法流程示意图。

参见图4所示，本实施例相对于图3所不同之处，仅在于：

在步骤304后，还包括电池配对步骤：

步骤401：按照各锂离子电池的容量等级，将各锂离子电池配对组成电池组。

在保证当前需配对的锂离子电池的电量均为满充状态的情况下，按照各锂离子电池的原容量等级，对本实施例中的锂离子电池进行配对，由多个锂离子电池单体组成锂离子电池组。

由上可见，应用本实施例的技术方案，由于其正极材料除了主要材料磷酸铁锂之外，还包括放电平台高于磷酸铁锂的第二辅助正极材料。那么在进行电池放电的过程中，该放电平台较高的第二辅助正极材料首先放电，在对仓库中取出的本实施例锂离子电池进行配对时，则可以通过对当前的锂离子电池的开路电压进行测量，如果当前的锂离子电池的开路电压达到额定电压(该额定电压为仅由第二辅助正极材料制造的锂离子电池在满充状态下的静置电压)，则当前的锂离子电池中的磷酸铁锂材料还处于充满状态；如果当前的锂离子电池的开路电压低于额定电压，则当前的锂离子电池中的磷酸铁锂材料可能处于未充满状态，此时可以通过对该锂离子电池进行补充电而使其开路电压达到上述的额定电压为止。

故应用本实施例技术方案，由于该锂离子的正极材料中除了磷酸铁锂材料外，还包括放电平台较高的第二辅助正极材料，使得该第二辅助正极材料作为一种信使材料，通过简单的锂离子电池开路电压的测量即可确定当前锂离子电池中的主要正极材料磷酸铁锂是否处于满充状态，可以通过补充电的方式，保证电池组中的磷酸铁锂处于满充状态，保证配对的电池组的质量以及寿命。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种锂离子电池，包括卷绕电芯，所述电芯由正极片、负极片、隔膜层叠或卷绕而成，其中所述隔膜间隔在所述正极片、负极片之间，其特征是，

涂覆在所述正极片上的正极材料包括：磷酸铁锂、以及第二辅助正极材料，

所述第二辅助正极材料为放电平台高于所述磷酸铁锂的正极材料。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征是，

所述第二辅助正极材料的放电平台比所述磷酸铁锂的放电平台至少高200毫伏特。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征是，

所述第二辅助正极材料为：锰酸锂、或钴酸锂。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征是，

所述第二辅助正极材料在所述正极材料中的含量不超过wt20％。

5.根据权利要求4所述的锂离子电池，其特征是，

所述第二辅助正极材料在所述正极材料中的含量为wt10％、或者wt5％。

6.一种对权利要求1至5所述的锂离子电池的电量状态检测方法，其特征是，

所述检测方法包括：

测量所述锂离子电池的开路电压，如果所述开路电压达到所述第二辅助正极材料对应的满电状态下对应的静置电压，则认为所述锂离子电池中的磷酸铁锂处于满充状态；否则：

将当前的锂离子电池补充电量至满充，其中充电电压不高于所述第二辅助正极材料的充电电压平台。

7.一种对权利要求1至5所述的锂离子电池电量状态检测方法，其特征是，

将当前的锂离子电池补充电量至满充，具体是：

对当前的锂离子电池补充电量直到电池的电压达到所述第二辅助正极材料的充电电压平台为止。

8.一种对权利要求1至5之任一所述的锂离子电池进行配对成组的方法，其特征是，包括：

测量各所述锂离子电池的开路电压；

如果当前所述锂离子电池的开路电压达到所述第二辅助正极材料对应的满电状态下对应的静置电压，则：认为当前所述锂离子电池中的磷酸铁锂处于满充状态，否则：

将当前的所述锂离子电池补充电量至满充状态，其中充电电压不高于所述第二辅助正极材料的充电电压平台。

按照各所述锂离子电池的容量等级，将各所述锂离子电池配对组成电池组。

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