CN102891340A - 一种阶梯式充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池快速充电方法，是采用阶段式充电，包括至少两个充电步骤和一个放电步骤，第一充电步骤完成后进行一次放电步骤，再进行第二充电步骤，且第二充电步骤的上下限电压比第一充电步骤的上下限电压高或相等，在每次充电步骤完成后将电池静置一段时间，当某一充电步骤完成后开路电压压降小于某一数值时停止充电。本发明的充电方法能够缩短充电时间，提高电池有效容量，提高电池循环寿命。

Description

一种阶梯式充电方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池的充电方法。

背景技术

随着锂离子电池的应用日趋广泛，电池需求量不断增加，对用户而言，一方面渴望增大电池容量，另一方面希望缩短充电时间。电池的充电方法成为解决该问题的关键。

目前所普遍采用的充电方式为恒流再恒压的充电方式，此法在充电过程中恒压时间较长，难以达到快充的目的。提高电池恒流充电时的限制电压可以达到快速充电的目的，但电池限制电压太高，电池内部会有副反应发生；限制电压太低，电池难以充满。

常规锂离子电池的一个难点是，当电池放电到接近0V时，会表现出传递容量损失，并且不能通过一般恒流恒压充电方式对其充电。因此在常规锂离子充电期间注意避免锂镀敷在负极上。当电池接近全充状态时应用“渐变式充电”以避免负极电位落到约0.1V以下。

而通过多次恒流充放电过程可有效提高电池的循环寿命，并且使电池放电到0.1V后仍能对其充电，这是其他方法所没有的特性。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种循环寿命长、充电过程安全的电池快速充电方法，阶梯式提高电池的充电限制电压和放电限制电压以补偿电池在充电过程中各种阻抗产生的压降而达到快速充电的目的。

本发明的目的通过以下措施来达到快速充电。本发明采用对电池进行充电—静置—放电—静置的操作，准确地找出电池在此充电制度下因欧姆阻抗、浓差极化阻抗、电化学极化阻抗及其他所有未知阻抗存在而产生的电压降ΔV，逐步提高电池的充电限制电压和放电限制电压以补偿电池在充电过程中各种阻抗产生的压降。

对于锂离子电池而言，电池充电后电池的稳定开路电压与电池已被充入的容量成正比。而电池在充电时，当电压达到充电限制电压则开始停止充电，电池的开路电压会开始回落并逐渐趋于稳定，产生此种现象的原因是电池有电流通过后，电池内部存在的欧姆阻抗、浓差极化阻抗、电化学极化阻抗及其它所有未知阻抗将会消耗掉一部分电压ΔV。因此在电池的充电过程中，我们要关注因各种阻抗共同作用而产生的对电池电压的影响，也就是找到电池在某一充电制度下充电停止后电压回落值ΔV，以便在充电时对电池的充电截止电压进行补偿。

电池在充电时，当第一充电步骤完成后，将电池静置10min，观察电池开路电压压降大小，然后进行第一放电步骤，此步骤的目的在于快速地将电池开路电压降低但又几乎不损耗能量。直至在某次充电步骤完成后的静置时间内电池开路电压压降小于某一数值，停止充电过程。

本发明公开了一种锂离子充电方法，所述锂离子电池的负极活性物质为纳米碳化硅，所述的锂离子电池的充电方法是采用阶段式充电，包括至少两个充电步骤和一个放电步骤，第一充电步骤完成后进行一次放电步骤，再进行第二充电步骤，且第二充电步骤的上限电压比第一充电步骤的上限电压高。

所述充电步骤的上限电压为3.8V～5.0V，每次充电步骤完成后将电池静置一段时间观察电池的开路电压压降。

优选的，所述第一充电步骤的上限电压为3.8V，充电步骤完成后将电池静置10min，每1min记录电池的开路电压。

所述放电步骤的下限电压为2.5V～3.7V。相邻两个充放电步骤的上下限电压差值保持为某一数值不变。每次放电步骤完成后将电池静置一段时间。

优选的，所述第一放电步骤的下限电压为2.5V，充电步骤完成后将电池静置10min，每1min记录电池的开路电压。

当电池从某次充电步骤完成后，电池在静置过程中某段时间内开路电压压降小于某一数值后即可视为电池的容量已达到最大值，停止充电过程。

优选的，当电池从某次充电步骤完成后，电池在静置过程中5min内开路电压压降小于2mV或10min内开路电压压降小于1mV，即可视为电池的容量已达到最大值，停止充电过程。

所述充电方式中电池以电流恒流方式进行每次充放电步骤。

由于采用了以上技术方案，使本发明具备的有益效果在于：

采用本发明的快速充电方法针对锂离子电池进行充电，能够极大地提高电池的有效容量，延长电池工作时间，即使当电池电压降至接近0V时也能通过该方法充电使其正常工作，解决了采用以往充电方法不能对电压降至接近0V进行充电的问题。

具体实施方式

随着锂离子电池的应用日趋广泛，电池需求量不断增加，对用户而言，一方面渴望增大电池容量，另一方面希望缩短充电时间。电池的充电方法成为解决该问题的关键。本发明提供一种针对锂离子电池的快速充电方法，能缩短充电时间，提高有效容量。

第一次充电步骤设上限电压为3.8V，采用恒流充电，充电电流为0.1C。充电至上限电压后，将电池静置10min。若电池的开路电压不符合上述条件，则进行第一次放电步骤，设下限电压为2.5V，采用恒流放电，放电电流为0.1C。放电至下限电压后，将电池静置10min。然后进行第二次充电步骤设上限电压为3.9V，充电电流不变。充电步骤完成后将电池静置10min，每隔1min记录电池的开路电压。若5min内电池的开路电压压降小于2mV或10min内小于1mV，则视为电池电压达到稳定，容量达到最大值，即停止充电。若不符合上述条件，则进行第二次放电步骤设下限电压为2.6V，放电电流不变。如此循环直至某次充电步骤完成后电池的开路电压压降符合所述条件为止。

上述充电方法是上限电压逐步增加，可变，针对具体的充电场合，可以在充电过程中把上限电压设置为固定值。该充电方法的其它步骤不变。优选充电上限电压为4V，放电电压下限电压2.8V。

该充电方法的终止条件可以设置为容量是否满足要求。下面结合实例对本发明作进一步说明。说明书附图1，2，3，4，5分别为实例1-5的充电控制流程图。

实例1

正极活性电化学材料为磷酸铁锂、负极活性电化学材料为纳米碳化硅的锂离子电池，对它采用恒流充电、电压阶梯式变化，电压作为充电终止条件的充电步骤控制流程见附图1。其中倍率充电设置为0.5C。

实例2

正极为磷酸铁锂、负极为纳米碳化硅的锂离子电池，对它采用恒流、电压阶梯式变化，电压作为充电终止条件的充电步骤控制见附图2。其中，恒流倍率充电设置为0.1C。

实例3

正极为磷酸铁锂、负极为纳米碳化硅的锂离子电池，对它采用恒流电压阶梯式的充电步骤控制流程见附图3。

实例4

正极为磷酸铁锂、负极为纳米碳化硅的锂离子电池，对它采用恒压、电流阶梯式变化以容量作为截止条件的充电步骤控制流程见附图4。

实例5

正极为磷酸铁锂、负极为纳米碳化硅的锂离子电池，对它采用恒、电流阶梯式充电电流作为终止条件的步骤控制流程附图5。

以上已经描述了多个实例。然而，充电方式在一定条件下可以变化，比如，充电的倍率改变。其次，充放电步骤可以拓展为恒压充电，而电流逐渐变化。其方式与上述恒流充电方式相同。应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可以进行改进。由此，其它实施例在以下权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种锂电池充电方法，所述锂离子电池的负极活性物质为纳米碳化硅，其特征在于：所述锂离子电池的充电方法是采用阶段式充电，包括至少两个充电步骤和一个放电步骤，第一充电步骤完成后进行一次放电步骤，再进行第二充电步骤，且第二充电步骤的上下限电压比第一充电步骤的上下限电压高或相等，在每次充电步骤完成后将电池静置一段时间，当某一充电步骤完成后开路电压压降小于某一数值时停止充电。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池充电方法，其特征在于：第一充电步骤的上限电压为3.8V～5.0V，第一放电步骤的下限电压为2.5V～3.7V。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池充电方法，其特征在于：相邻两个充放电步骤的上下限电压差值保持为某一数值不变。

4.根据权利要求1、2所述的一种锂离子电池充电方法，其特征在于：第二充电步骤的上下限电压比第一充电步骤的上下限电压高0.05V。

5.根据权利要求1、4所述的一种锂离子电池充电方法，其特征在于：当电池从某次充电步骤完成后，电池在静置过程中10分钟内开路电压压降小于2mV后即可视为电池的电压已达到稳定，即停止充电过程。

6.根据权利要求1、4所述的一种锂离子电池充电方法，其特征在于：当电池从某次充电步骤完成后，电池在静置过程中10分钟内开路电压压降小于10mV后即可视为电池的电压已达到要求，即停止充电过程。

7.根据权利要求1、2、5所述的一种锂离子电池充电方法，其特征在于：电池以电流恒流方式进行每次充放电步骤。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池充电方法，其特征在于：电池可以进行倍率充电，电压以阶梯式改变。

9.根据权利要求1所述的锂离子电池充电方法，其特征在于：当电池在某次充电过程中或充电步骤完成后，电池已达到额定容量，即停止充电过程。

10.根据权利要求1所述的一种锂离子电池充电方法，其特征在于：电池可以进行恒压充电，电流可以阶梯式改变。

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