CN102768343A - 一种锂离子二次电池正负极容量匹配情况的评测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锂离子二次电池正负极容量匹配情况的评测方法，涉及锂离子二次电池制造技术领域，包括以下步骤：标准与待分析锂电池稳态充电数据的取得；对恒流充电数据进行电量/电压-电压数值计算并分别绘制稳态充电微分电量曲线；分别确定标准与待分析稳态充电微分电量曲线上特定峰值相对位置关系，进行比对。该方法根据电化学反应原理，可准确判断锂离子二次电池正负极实际容量匹配情况，有助于分析正负极材料实际容量发挥，提高产品安全可靠性，在新产品开发过程中，简单易行，节约实验成本，缩短生产周期。该方法还可以判断锂离子二次电池所处电化学状态稳定情况，从而指导化成制度的建立，提高电池质量，并节约生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子二次电池生产制造技术，特别是锂离子二次电池正负极容量匹配情况的评测方法。
背景技术
目前，锂离子二次电池以其优良的充放电特性、高安全性以及稳定循环性能，在IT电子产品、电动工具、混合动力汽车、纯电动大巴等领域广泛应用。但是锂离子二次电池由于正极材料电化学性能活泼、能量密度较高，在锂离子电池设计生产过程中，锂离子电池生产厂家因自身工艺水平、设备条件差异，如果因某种原因造成锂离子电池正极材料容量发挥高于负极材料容量发挥，在该电池充电过程中负极表面会有不同程度的锂晶体析出，造成电池存在严重的安全隐患，并且这种安全隐患由于存在于电池内部难以观察评测，电化学上原因分析困难复杂，致使锂离子电池在使用过程中安全可靠程度降低，不利于工业应用生产。
发明内容
为了克服对锂离子二次电池正负极容量匹配情况评测困难的不足，本发明方法通过对成品锂离子二次电池稳态充放电电量微分曲线峰值之间相对位置关系以及特定峰值下充电容量比例的精确确定，可以准确评测正负极实际发挥容量匹配情况，提供一种简单的、直观的评测锂离子二次电池正负极实际容量匹配情况的方法，为更好分析研究正负极材料容量发挥提供基础依据，节约研发成本，缩短产品开发生产周期。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
确定稳态充电微分电量曲线：对锂离子二次电池进行包括首次充放电在内的多次充放电测试取得容量-电压测试数据，测试方案为：恒流充电阶段，电流范围为0.05C～30C；恒压充电阶段，电压范围为3.65V～4.2V，恒压至0.02C-0.05C；恒流放电阶段，电流范围为0.05C～30C，电压下限为2.5V-3.0V；以上述每个循环恒流充电过程数据分别作微分电量曲线，并计算充电完成时相对应充电容量C；计算上述每条微分电量曲线上峰值1处相对应充电容量C1；计算上述每条曲线C1/C值，确定稳态充电微分电量曲线；
确定稳态充电微分电量曲线上特定峰值相对位置关系：以上述技术方案确定的已知正负极实际容量配比的正常电池稳态充电微分电量曲线，作为标准参考曲线；以上述技术方案确定的相同正负极设计容量配比实验电池的稳态充电微分电量曲线，作为待分析曲线；分别计算参考曲线与待分析曲线上相同峰位峰值2、1处位置之差ΔU参考、ΔU分析。
所述的C1/C值，当同一锂离子电池相邻两条充电微分电量曲线C1/C值相同时，该曲线为稳态充电微分电量曲线。
所述的ΔU参考、ΔU分析，当ΔU分析＞ΔU参考时，待分析曲线正负极容量配比大于参考曲线正负极容量配比；当ΔU分析＜ΔU参考时，待分析曲线正负极容量配比小于参考曲线正负极容量配比；ΔU分析＝ΔU参考时，待分析曲线正负极容量配比等于参考曲线正负极容量配比。根据配比情况，确定试验锂离子二次电池正负极实际容量匹配情况。
本发明的优点在于：
1、电池充电测试数据取得简单、可靠，充电微分电量曲线计算绘制简单，曲线上所测峰值相对位置关系确定精确，便于正负极材料容量发挥情况分析，减少重复实验，降低研发成本，缩短生产周期。
2、微分电量曲线C1/C比值精确，方法简单，直观反映电池化成过程中副反应发生情况，准确判断锂离子电池所处电化学状态稳定情况，指导生产工艺制定，节约成本。
附图说明
图1是本发明中磷酸铁锂电池稳态充电微分电量标准参考曲线示意图；
图2是本发明中磷酸铁锂实验电池稳态充电微分电量分析曲线示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明方法进一步详细说明：
图1为容量为5Ah锰酸锂正极材料锂电池稳态充电微分电量曲线，充电电流为恒流1C倍率，此时相邻两条充电微分电量曲线C1/C值相同，峰值1之前曲线与横坐标所围面积为C1＝833mAh，整个充电容量C＝5641mAh，计算C1/C＝15％，已知该电池正负极容量配比为0.85，峰值2、1相对位置关系ΔU参考＝101mV。
图2为容量为3Ah锰酸锂正极材料实验锂电池稳态充电微分曲线，充电电流为恒流1C倍率，此时相邻两条充电微分电量曲线C1/C值相同，峰值1之前曲线与横坐标所围面积为C1＝339mAh，整个充电容量C＝3431mAh，计算C1/C＝10％，已知该电池正负极容量设计配比为0.85，峰值2、1相对位置关系ΔU分析＝117mV。
ΔU分析＝117mV＞ΔU参考＝101mV，因此实验电池正负极容量配比实际大于0.85，可以估测实验锂电池负极相对容量发挥较标准锂电池负极容量发挥较差。
当实验电池C1/C＝10％，此时相邻两条充电微分电量曲线C1/C值相同，因此，该锰酸锂正极材料实验锂电池此时处于相对电化学稳定状态。
Claims (3)
1.一种锂离子二次电池正负极容量匹配情况的评测方法，其特征在于，包括以下步骤：A、稳态充电微分电量曲线的确定，对锂离子二次电池进行包括首次充放电在内的多次充放电测试取得容量-电压测试数据，测试方案为：恒流充电阶段，电流范围为0.05C～30C；恒压充电阶段，电压范围为3.65V～4.2V，恒压至0.02C-0.05C；恒流放电阶段，电流范围为0.05C～30C，电压下限为2.5V-3.0V；以上述每个循环恒流充电过程数据分别作微分电量曲线，并计算充电完成时相对应充电容量C；计算上述每条微分电量曲线上峰值1处相对应充电容量C1；计算上述每条曲线C1/C值，确定稳态充电微分电量曲线；B、分别计算稳态充电微分电量曲线参考曲线与分析曲线上峰值(2)、(1)处位置之差ΔU参考、ΔU分析，比较ΔU参考、ΔU分 析大小。
2.按权利要求1所述的一种锂离子二次电池正负极容量匹配情况的评测方法，其特征在于，所述的C1/C值，当同一锂离子电池相邻两条充电微分电量曲线C1/C值相同时，该曲线为稳态充电微分电量曲线。
3.按权利要求1所述的一种锂离子二次电池正负极容量匹配情况的评测方法，其特征在于，所述的ΔU参考、ΔU分析，当ΔU分析＞ΔU参考时，待分析曲线正负极容量配比大于参考曲线正负极容量配比；当ΔU分析＜ΔU参考时，待分析曲线正负极容量配比小于参考曲线正负极容量配比；ΔU分析＝ΔU参考时，待分析曲线正负极容量配比等于参考曲线正负极容量配比；根据配比情况，根据配比情况，确定试验锂离子二次电池正负极实际容量匹配情况。
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