CN102861726A - 一种锂二次电池一致性筛选方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种锂二次电池一致性筛选方法属于二次电池领域，单体电池在分容检测时对容量、平台、内阻分档，然后对单体电池使用分段恒流恒压充电，使用0.3C5～5C5恒流充电至电压V0，当充电电流为0.1C5～0.3C5停止充电转搁置；搁置5～30分钟后继续以0.1C5～0.3C5恒流充电至电压V0，当充电电流为0.05C5～0.1C5停止充电转搁置；搁置5～30分钟后继续以0.05C5～0.1C5恒流充电至电压V0，当充电电流为0.03C5～0.05C5停止充电转搁置；搁置5～30分钟后继续以0.03C5～0.05C5恒流充电至电压V0，当充电电流为0.01C5～0.03C5停止充电；充电完成后对单体电池进行常温搁置，搁置时长不小于24h，搁置截止时对单体电池开路电压Vt进行测量，开路电压Vt≥V0-ΔV0-n×ΔV单体电池判定为合格单体电池。本发明所筛选合格单体电池自耗电隐患小，所组合的电池组自放电一致性好、可靠性高，实际应用时快捷、简单、易操作，具有很好的市场应用前景。

Description

一种锂二次电池一致性筛选方法
技术领域
本发明一种锂二次电池一致性筛选方法属于二次电池领域，特别是涉及一种锂离子电池组的单体电池一致性筛选方法。
背景技术
随着锂离子电池的快速发展，锂离子电池作为动力、储能电源亦开始得到大量应用。与手机等小型移动用电设备相比，动力、储能电池所需要储能电源输出功率高，使用寿命长，这就要求电池进行多并、多串的组合，电池组的价格高，价值大，因此，对电池可靠性和一致性提出了更高的要求。电池组中任意单体电池的功能性失效，均会导致整个电池组的功能性失效，甚至会引发电池组的安全性失控等问题。为保证电池组中各单体电池的一致性，需要对单体电池进行筛选、分组，以确保电池组中各单体电池的一致性。电池的一致性指标有容量、电压、放电平台、内阻、自耗电速度等。其中，以电池的自耗电速度尤为重要，且难以甄别。在没有均衡充放电的体系中，因自耗电不同，经过长时间的储存和使用，单体电池的一致性会发生很大的变化。 中国国家标准GB/T18287“蜂窝电话用锂离子电池总规范”中自耗电测试方法是以荷电保持能力来衡量，在室温下充满电开路搁置28天，以0.2C5 A电流进行放电至终止电压，其放电容量应大于额定容量的85%；IEC61960-1标准“Secondary lithium cells and batteries for portable applications-Part 1: Secondary lithium cells” 中自耗电测试方法是也以荷电保持能力来衡量，在室温下充满电开路搁置28天，以0.2C5 A电流进行放电至终止电压，其放电容量应大于额定容量的70%。按照标准，自耗电在15%或30%以下的单体电池都是合格的，可用的，但是，要是将自耗电为1%和自耗电为10%的单体电池配成两串的电池组，即使初始容量、电压、内阻一致，充饱电，搁置28天，一只单体电池保持99%容量，另一只单体电池保持90%容量，电池组中单体电池的容量、电压变得不一致,并且随时间延长差异拉大。
目前行业通用的自耗电测试方法是将单体电池充入一定电量后搁置某一固定时长，通过测试搁置前后单体电池的电压差而挑选出自耗电偏大的单体电池。如中国发明申请CN101764259A公开了“将电池充电至50～90%额定容量，在充电结束后t3和t4时间点分别测量其电压，得到Ｖ３和Ｖ４，用Ｖ３减去Ｖ４得到二次电池的电压降，确定电压降合格标准后，分选出电压降合格的二次电池。”此类方法的缺陷之一是要求搁置前后均对单体电池电压进行测量，且需要对每个单体电池搁置前后电压进行一一对应的纯数据化管理，需要对单体电池进行条码管理，加大生产操作的难度。此类方法的缺陷之二是只能给出固定搁置时间条件下电池的自耗电判定标准，难以对生产过程中库存备货电池的可靠性进行管理及满足不同生产交期的要求。
发明内容
本发明的目的是避免现有技术中的不足之处，而提供一种利于大规模生产应用，挑选单体电池一致性的方法，尤其是挑选单体电池自耗电一致性的方法。
对于固定的电池体系，电池开路电压与其荷电容量的关系相对稳定。如在搁置前对单体电池采用恒定电压充电，确保单体电池初始荷电状态的一致性，而后只需测量单体电池的开路电压，即可反映该单体电池的漏电水平，开路电压相对越高，说明单体电池自耗电越小，开路电压越低，表明单体电池自耗电越大。根据可接受的漏电水平要求，建立与搁置时间相对应的合格单体电池开路电压标准，通过测量单体电池的开路电压，以挑选出自耗电偏大的单体电池。同时，根据单体电池的开路电压的高低，对单体电池的自耗电水平进行分档，单体电池配组时，自耗电接近的单体电池配成一组，以确保电池组中各单体电池自耗电水平的一致性。
本发明的目的是通过以下措施来实现的：
单体电池在分容检测时先对容量、平台、内阻分档，然后对电池使用分段恒流恒压充电，
第一段，使用0.3C5～5C5恒流充电至电压V0，而后恒定电压为V0进行恒压充电，当充电电流为0.1C5～0.3C5停止充电转搁置；
第二段，搁置5～30分钟后继续以0.1C5～0.3C5恒流充电至电压V0，而后恒定电压为V0进行恒压充电，当充电电流为0.05C5～0.1C5停止充电转搁置；
第三段，搁置5～30分钟后继续以0.05C5～0.1C5恒流充电至电压V0，而后恒定电压为V0进行恒压充电，当充电电流为0.03C5～0.05C5停止充电转搁置；
第四段，搁置5～30分钟后继续以0.03C5～0.05C5恒流充电至电压V0，而后恒定电压为V0进行恒压充电，当充电电流为0.01C5～0.03C5停止充电；
充电完成后对单体电池进行常温搁置，搁置时长不小于24h，搁置截止时对单体电池开路电压Vt进行测量，开路电压Vt≥V0-ΔV0- n×ΔV单体电池判定为合格单体电池。同时，对于合格单体电池根据Vt大小以1～20mV的档次进行电压分档，同档次单体电池进行配组。
C5是额定容量。
充电电压V0根据电池体系确定，如钴酸锂-石墨体系、锰酸锂-石墨体系、镍钴锰酸锂-石墨体系等均为3.0～4.2V，更优选的，钴酸锂-石墨体系、锰酸锂-石墨体系、镍钴锰酸锂-石墨体系等均为3.3～3.65V。磷酸铁锂-石墨体系为2.0～3.65V，更优选的，磷酸铁锂-石墨体系为2.8～3.2V。
ΔV0为充电时电池极化压降及充电柜电压精度误差，其取值范围为5～20mV，更优选的其取值范围为5～10mV。其中充电时电池极化压降为充电截止电流与电池直流阻抗的乘积。
ΔV为每搁置12h开路电压下降速度，其取值范围为1～5mV。可采用本发明所述充电方法，将单体电池充电至V0后进行常温搁置，而后每隔12h测量单体电池开路电压降，综合单体电池可靠性及单体电池利用率，通过统计得到单体电池每搁置12h单体电池电压下降速度。更优选的其取值范围为1～3mV。
n为搁置半天数，搁置起始时间n取值为0，而后搁置时间每增加12h，n值增加1。
本发明的目的是通过以下措施来实现的：
单体电池在分容检测时先对容量、平台、内阻分档，然后对单体电池使用0.1C5～5C5恒流充电至电压V0，而后恒定电压为V0进行恒压充电，当充电电流为0.01 C5～0.1C5充电停止，而后对单体电池进行常温搁置，搁置时长不小于24h，搁置截止时对单体电池开路电压Vt进行测量，开路电压Vt≥V0-ΔV0- n×ΔV单体电池判定为合格单体电池。同时，对于合格单体电池根据Vt大小以1～20mV的档次进行电压分档，同档次单体电池进行配组。
C5是额定容量。
充电电压V0根据电池体系确定，如钴酸锂-石墨体系、锰酸锂-石墨体系、镍钴锰酸锂-石墨体系等均为3.0～4.2V，更优选的，钴酸锂-石墨体系、锰酸锂-石墨体系、镍钴锰酸锂-石墨体系等均为3.3～3.65V。磷酸铁锂-石墨体系为2.0～3.65V，更优选的，磷酸铁锂-石墨体系为2.8～3.2V。
ΔV0为充电时电池极化压降及充电柜电压精度误差之和，其取值范围为5～20mV，更优选的其取值范围为5～10mV。其中充电时电池极化压降为充电截止电流与电池直流阻抗的乘积。
ΔV为每搁置12h开路电压下降速度，其取值范围为1～5mV。可采用本发明所述充电方法，将单体电池充电至V0后进行常温搁置，而后每隔12h测量单体电池开路电压降，综合单体电池可靠性及单体电池利用率，通过统计得到单体电池每搁置12h单体电池电压下降速度。其取值范围为1～5mV，更优选的其取值范围为1～3mV。
n为搁置半天数，搁置起始时间n取值为0，而后搁置时间每增加12h，n值增加1。
在电池组的可靠性影响因素中，各单体电池的自耗电水平尤为重要。因此，如何剔除电池中自耗电大的单体电池成为影响电池组可靠性的关键因素。
本发明方法中采用恒定电压充电的方法，可确保单体电池具有一致的初始荷电状态，搁置期间内单体电池的开路电压即可反映出该单体电池的漏电水平，通过开路电压与搁置时间的关系，即可剔除生产过程中自耗电偏大的单体电池。由于使用开路电压管理电池的自耗电，可根据开路电压大小对单体电池的漏电水平进行分档，以确保电池组中各单体电池的一致性，使得在没有均衡功能的前提下，电池组不会因为各单体电池自耗电不一致而导致失效。同时，由于使用搁置时间与开路电压关系管理电池自耗电，便于生产对于不同生产交期的管理，生产可操作性强。
本发明所筛选合格单体电池自耗电隐患小，所组合的电池组自放电一致性好、可靠性高，实际应用时快捷、简单、易操作，具有很好的市场应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例１：本公司所生产9585175Fe型磷酸铁锂锂离子电池，标称电压3.2V，额定容量12Ah，根据生产交期要求，单体电池充电完成到进入包装的时间为7天。
根据本发明方法，单体电池化成分容完成后，选择容量档次在12.6～12.8Ah、0.5 C5放电3.0V平台≥100分钟、内阻≤6mΩ的单体电池，选定V0为3.15V，使用0.3 C5恒流充电至3.15V，而后恒定电压为3.15V进行恒压充电，当充电电流为0.1 C5充电停止转搁置；搁置10分钟后继续以0.1 C5恒流充电至3.15V，而后恒定电压为3.15V进行恒压充电，当充电电流为0.05 C5充电停止转搁置；搁置10分钟后继续以0.05 C5恒流充电至3.15V，而后恒定电压为3.15V进行恒压充电，当充电电流为0.03 C5充电停止转搁置；搁置10分钟后继续以0.03 C5恒流充电至3.15V，而后恒定电压为3.15V进行恒压充电，当充电电流为0.01 C5充电停止。而后对单体电池进行常温搁置7天后测量单体电池开路电压，剔除自耗电偏大的单体电池。
根据本发明方法，选定ΔV0为10mV，ΔV为2mV，n值为14。因此，当单体电池搁置7天时，自耗电合格的单体电池开路电压判定标准为Vt≥V0-ΔV0- n×ΔV=3.112V。具体数据如表１所示：
表１.
Figure 2011101867161100002DEST_PATH_IMAGE002
根据表中数据显示，F20、F38两只单体电池自耗电偏大，应予以剔除。其它单体电池自耗电水平符合生产工艺要求，可进行配组。
根据本发明方法，对单体电池搁置7天后开路电压Vt以10mV为一档次进行分档，即3.112V≤Vt<3.122V为一档次、3.122V≤Vt<3.132V为一档次、3.132V≤Vt<3.142V为一档次、3.142V≤Vt<3.152V为一档次。同电压档次单体电池组合成电池组。
验证：按上述方法，可选定F1、F2、F3、F5、F6、F7、F8、F9配组成1P-8S电池组，6A恒流充电至29.2V，而后转29.2V恒压充电至600mA截止；充电完成后6A恒流放电到16V截止。以此充放电制度循环5周，记录电池组放电容量及放电截止平均分电压。最后一步放电完成后，将电池组使用上述充电制度充满电，常温搁置一个月，而后再次以上述充放电制度对电池组进行充放电，记录电池组放电容量及放电截止电压，并与搁置前电池组充放电性能进行比较。具体数据如表２所示：
表２
Figure 2011101867161100002DEST_PATH_IMAGE004
由表2数据可以看出，电池组在搁置前后放电容量、分电压具有很好的一致性。
实施例２：本公司所生产11585135Fe型磷酸铁锂锂离子电池，标称电压3.2V，额定容量10Ah，根据生产交期要求，单体电池充电完成到进入包装的时间为10天。
根据本发明方法，单体电池化成分容完成后，选择容量档次在10.6～10.7Ah、0.5 C5放电3.0V平台≥100分钟、内阻≤7mΩ的单体电池，使用0.1C5恒流充电至电压V0为3.15V，而后恒定电压为3.15V进行恒压充电，当充电电流为0.01 C5时充电停止，而后对单体电池进行常温搁置10天后测量电池开路电压，剔除自耗电偏大的单体电池。
根据本发明方法，选定ΔV0为10mV，ΔV为2mV，n值为20。因此，当单体电池搁置10天时，自耗电合格单体电池开路电压判定标准为Vt≥V0-ΔV0- n×ΔV=3.10V。具体数据如表３所示：
表３.
Figure 2011101867161100002DEST_PATH_IMAGE006
根据表中数据显示，Ｅ10、Ｅ31两只单体电池自耗电偏大，应予以剔除。其它单体电池自耗电水平符合生产工艺要求，可进行配组。根据本发明方法，对单体电池搁置10天后开路电压Vt以10mV<为一档次进行分档，即3.100V≤Vt<3.110V为一档次、3.110V≤Vt<3.120V为一档次、3.120V≤Vt<3.130V为一档次、3.130V≤Vt<3.140V为一档次。同电压档次单体电池组合成电池组。
验证：按上述方法，可选定Ｅ2、Ｅ3、Ｅ4、Ｅ5、Ｅ6、Ｅ9、Ｅ11、Ｅ12配组成1P-8S电池组，5A恒流充电至29.2V，而后转29.2V恒压充电至500mA截止；充电完成后5A恒流放电到16V截止。以此充放电制度循环5周，记录电池组放电容量及放电截止平均分电压。最后一步放电完成后，将电池组使用上述充电制度充满电，常温搁置一个月，而后再次以上述充放电制度对电池组进行充放电，记录电池组放电容量及放电截止电压，并与搁置前电池组充放电性能进行比较。具体数据如表４所示：
表４
Figure 2011101867161100002DEST_PATH_IMAGE008
由表４数据可以看出，电池组在搁置前后放电容量、分电压具有很好的一致性。

Claims (2)

1.一种锂二次电池一致性筛选方法，单体电池在分容检测时对容量、平台、内阻、自耗电分档，其特征是：对单体电池使用分段恒流恒压充电，
第一段，使用0.3C5～5C5恒流充电至电压V0，而后恒定电压为V0进行恒压充电，当充电电流为0.1C5～0.3C5停止充电转搁置；
第二段，搁置5～30分钟后继续以0.1C5～0.3C5恒流充电至电压V0，而后恒定电压为V0进行恒压充电，当充电电流为0.05C5～0.1C5停止充电转搁置；
第三段，搁置5～30分钟后继续以0.05C5～0.1C5恒流充电至电压V0，而后恒定电压为V0进行恒压充电，当充电电流为0.03C5～0.05C5停止充电转搁置；
第四段，搁置5～30分钟后继续以0.03C5～0.05C5恒流充电至电压V0，而后恒定电压为V0进行恒压充电，当充电电流为0.01C5～0.03C5停止充电；
充电完成后对单体电池进行常温搁置，搁置时长不小于24h，搁置截止时对单体电池开路电压Vt进行测量，开路电压Vt≥V0-ΔV0- n×ΔV单体电池判定为合格单体电池，同时，对于合格单体电池根据Vt大小以1～20mV的档次进行电压分档，同档次单体电池进行配组，ΔV0取值范围为5～20mV，ΔV取值范围为1～5mV，C5是额定容量，n为搁置半天数。
2.一种锂二次电池一致性筛选方法，单体电池在分容检测时对容量、平台、内阻、自耗电分档，其特征是：对单体电池使用0.1C5～5C5恒流充电至电压V0，而后恒定电压为V0进行恒压充电，当充电电流为0.01 C5～0.1C5充电停止，而后对单体电池进行常温搁置，搁置时长不小于24h，搁置截止时对单体电池开路电压Vt进行测量，开路电压Vt≥V0-ΔV0- n×ΔV单体电池判定为合格单体电池；同时，对于合格单体电池根据Vt大小以1～20mV的档次进行电压分档，同档次单体电池进行配组，ΔV0取值范围为5～20mV，ΔV取值范围为1～5mV，C5是额定容量，n为搁置半天数。
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