CN103018683A

CN103018683A - 一种电池循环性能加速评估方法

Info

Publication number: CN103018683A
Application number: CN201210564770XA
Authority: CN
Inventors: 王颖; 王玉虎; 程君; 金江敏; 张宏芳; 王晓梅
Original assignee: Tianjin Lishen Battery JSCL
Current assignee: Tianjin Lishen Battery JSCL
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明公开了一种电池循环性能加速评估方法，包括步骤：第一步：对电池进行充电，直至达到饱和状态；第二步：实时对电池进行放电；第三步：当电池放电至第一预设荷电状态时，增大电池的放电电压至预设放电电压，直至电池电压放电至第二预设荷电状态，返回执行第一步，周而复始，循环执行，直到达到用户设定的电池充电和放电循环次数。本发明公开的一种电池循环性能加速评估方法，其可以方便、可靠地对电池的循环性能进行评估，缩短电池的循环时间，降低电池循环性能的评估成本，进而降低电池的生产成本，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

Description

一种电池循环性能加速评估方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池循环性能加速评估方法。

背景技术

目前，锂离子电池具有比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，不仅在便携式电子设备上如移动电话、数码摄像机和手提电脑得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面。

对于电池，循环性能是评价电池好坏的重要因素之一。各种电池对循环次数的要求各不相同，手机电池要求常温循环500次，容量剩余80%，有些笔记本电池要求循环800次，而动力电池要求循环2000~3000次，完成规定的循环次数耗时较长，尤其像动力电池需要一年多至两年的时间才能完成上千次循环。而经历如此漫长时间，才能评估得到电池循环性能好坏，可谓是资源、能源的浪费，大大增加了电池循环性能的评估成本。

因此，目前迫切需要开发出一种方法，其可以方便、可靠地对电池的循环性能进行评估，缩短电池的循环时间，降低电池循环性能的评估成本，进而降低电池的生产成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种电池循环性能加速评估方法，其可以方便、可靠地对电池的循环性能进行评估，缩短电池的循环时间，降低电池循环性能的评估成本，进而降低电池的生产成本，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

为此，本发明提供了一种电池循环性能加速评估方法，包括步骤：

第一步：对电池进行充电，直至达到饱和状态；

第二步：实时对电池进行放电；

第三步：当电池放电至第一预设荷电状态时，增大电池的放电电压至预设放电电压，直至电池电压放电至第二预设荷电状态，返回执行第一步，周而复始，循环执行，直到达到用户设定的电池充电和放电循环次数。

其中，在所述第一步中，具体使用电流脉冲对电池进行充电操作；

在所述第二步中，具体使用电流脉冲对电池进行放电操作。

其中，所述第一预设荷电状态SOC为100%或者80%，所述第二预设荷电状态SOC为50%。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种电池循环性能加速评估方法，其可以方便、可靠地对电池的循环性能进行评估，缩短电池的循环时间，降低电池循环性能的评估成本，进而降低电池的生产成本，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为本发明提高的一种电池循环性能加速评估方法的流程图；

图2为一种电池的放电曲线示意图；

图3为对比例与四个实施例在25℃下的循环容量对比示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，本发明提供了一种电池循环性能加速评估方法，其可以方便、可靠地对电池的循环性能进行评估，缩短电池的循环时间，具体包括以下步骤：

第一步：对电池进行充电，直至达到饱和状态；

第二步：实时对电池进行放电；

在本发明中，具体实现上，在第二步中，可以保持电池放电倍率（C，即表示电池充放电时电流大小的比率）不变，也可以通过增大电池放电倍率，进一步缩短电池的循环时间。

需要说明的是，本发明可以通过增大电池放电倍率C，再次缩短放电时间，进一步缩短一次充放电循环所需时间，加速评估电池的循环性能。

在本发明中，在第一步中，具体可以使用电流脉冲对电池进行充电操作。具体可以采用美国Arbin公司的充放电设备。

在本发明中，在第二步中，具体可以使用电流脉冲对电池进行放电操作。具体可以采用美国Arbin公司的充放电设备。

在本发明中，所述预设放电电压可以根据电池的容量或者电池生产厂家的需要预设进行设定，例如可以4V。

在本发明中，需要说明的是，所述荷电状态（SOC）为电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0~1，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=1时表示电池完全充满。

在本发明中，所述第一预设荷电状态SOC和第二预设荷电状态SOC可以根据电池的容量或者电池生产厂家的需要预设进行设定，所述第一预设荷电状态SOC优选为100%或者80%，所述第二预设荷电状态SOC优选为50%。

因此，对于本发明，由于电池放电电压的提升，使得电池的充电时间和放电时间都有明显的缩短，从而缩短电池执行一次充电和放电循环所需要的时间。参见图2所示，由于满电状态（图2中放电曲线上端）对电池容量、能量消耗最高，电液、材料均在此消耗，而电池的正极和负极电压低、电位低时对电池容量的损耗较低，每次循环均在电池放电曲线的上部容量损耗最大。因此，在本发明中提升放电电压为80%荷电状态SOC（图2中的B点），当从80%荷电状态SOC处增大电池的放电电压，加快对电池容量的损耗，电池放电至50%荷电状态SOC（图2中的C点）时，实时启动对电池的充电，从而使得电池的放电、充电操作在100%的SOC与80%的SOC或50%SOC中往复进行，可有效地缩短循环时间，加速循环衰减。

对于本发明，其得到的电池充电和放电循环次数，具有一定的比例相关性，再次通过循环实验验证比例关系的可靠性，从而确定快速评估方法的可行性，作为循环性能加速评估的方法。

需要说明的是，对于锂离子电池，其在充电过程中，锂离子饱和地插入到负极，在加速循环方法中，保持与常规充电过程更接近。这是由于锂离子电池在充电的过程中，正极的锂原子会丧失电子，氧化为锂离子，锂离子经由电解液插入到负极上，充电制式保持不变，使充电达到饱和状态，更多的锂离子插入至负极。而放电过程，则是嵌在负极碳层中的锂离子脱出，运动回正极。加速循环中，由于未达到3.0V的放电电压，因此，负极的锂离子在未完全嵌入至正极的情况下，再次进行下一次充电，使嵌入正极的锂离子继续运动回负极，循环往复运动。

此外，本发明通过增大电池放电倍率至最大允许放电电流，可有效地缩短放电时间，从而使一个充放电过程时间减少。

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

本发明实施实例中采用4.3V体系，其中正极材料为钴酸锂，负极材料为改性石墨，隔膜为18um厚度隔膜，极耳为4mm宽极耳，包装为113um厚度的铝塑封装袋，其最低容量为1500mAh。按照设计的制作工艺，装配为成品电池，针对电池性能，作以下比较例和实施例实验，采用同一批电池对比分析电池对比实验和加速循环实验的循环性能。

需要说明的是，对于本发明，只是以此款电池为实例，并不局限于此款电池，也不局限于锂电池，其他类型、用途的可充放电电池均可适用于此方法。

比较例：

采用常规的充、放电制式进行循环性能测试。常规的充、放电制式是指对于不同型号的电池，按照对应的充放电电流和电压要求。这一点针对不同型号的电池，充放电制式不同。本发明只以一种4.3V体系的电池为例，当然，此评估方法也适用于4.2V、4.35V体系，不同型号的电池只需改变1C（电池放电倍率）的具体数值，改变充电截止电流，放电电压即可。

同时，电池的循环次数也可根据具体电池的使用范围不同而增加，例如手机电池以循环500次，笔记本电池要求循环800次，电动汽车电池要求循环1000次，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

本发明的比较例是按照表1的充放电制式进行循环测试的，具体数据如表1所示。

表1：比较例的循环测试条件。

一个充放电循环周期为4.5小时，按照500次的循环要求需要3个月零5天完成。

实施例1：

预设放电电压为4.0V。充电制式保持不变，使锂离子尽可能饱和地插入到负极，放电电压设定为4.0V，保持49次浅充浅放，第50次时完全放电至3.0V，50次一循环，循环10次使25℃循环达到500次；循环8次使45℃循环达到400次。具体充放电循环制式如表2所示。

表2：实施例1的循环测试条件。

一个充放电循环周期为1小时15分钟，按照500次的循环要求需要29天完成。

实施例2：

预设放电电压为3.8V（电压平台以下）。与实施例1方法相同，限制浅放浅充的放电电压为3.8V，具体充放电循环制式如表3所示。

表3：实施例2的循环测试条件。

一个充放电循环周期为2小时30分钟，按照500次的循环要求需要1个月22天完成。

实施例3：

预设放电电压为4.0V，放电电流为1C。在实施例1方法的条件下，增大放电电流为1C，放电为负极上的锂离子通过隔膜移动到正极，对电池基本无损害，所以，可增大放电电流，但电流要小于规格书中标明的最大放电电流。对于本发明中的实验电池，1C为最大放电电流，因此，本实施例选用1C为放电电流。具体充放电循环制式如表4所示。

表4：实施例3的循环测试条件。

一个充放电循环周期为1小时，按照500次的循环要求需要21天完成。

实施例4：

预设放电电压为3.8V，放电电流为1C。在实施例2方法的条件下，增大放电电流为1C，具体充放电循环制式如表5所示。

表5：实施例4的循环测试条件。

一个充放电循环周期为1小时30分钟，按照500次的循环要求需要1个月完成。

采用同一批电池，分别用比较例1和实施例1-4的循环制式进行循环测试，其最低容量为1500mAh，来考察对比例的循环数据和实施例1-4的加速循环制式得到的循环性能的关系。

比较例1，实施例1~4使用的电池为后处理完后的电池，由于本发明主要关注的为多次循环后容量衰减的关系，因此，厚度膨胀、内阻变化不为本发明的重点考察内容。本发明直接将后处理后的电池按照相应比较例与实施例的充电制式充满电、放电，循环进行，实施例中循环50次得到一个常规制式0.7C恒流充电充至4.3V，恒压充电截止电流为0.025C，0.5C恒流放电至3.0V，得到一个放电容量。通过对已上对比例与实施例进行循环测试，得到以下测试结果，如表5所示。

表6：25℃循环500次循环数据。

从表6中可以看到，实施例1~4的循环趋势与对比例1，采用放电至3.0V得到的容量衰减比例有明显较好的趋势，根据表6的数据作图如图3所示。

图3中，循环次数与容量衰减存在线性关系，对比例1以及实施例1~4均是随着循环次数的增加，容量逐渐变小。

将对比例1拟合成线性方程为：容量衰减百分比y₁=-0.0003x+0.9864；

将实施例1拟合成线性方程为：容量衰减百分比y₂=-0.0001x+0.9986；

将实施例2拟合成线性方程为：容量衰减百分比y₃=-0.0001x+0.9918；

将实施例3拟合成线性方程为：容量衰减百分比y₄=-0.0001x+0.995；

将实施例4拟合成线性方程为：容量衰减百分比y₅=-0.0002x+0.9886；

上述方程公式中，X为循环次数。

因此，如果采用实施例1的循环模式加速循环，可建立对比例1与实施例1的关系，根据加速循环得到的数据可计算出常规循环任意次数的容量百分比，具体近似线性关系公式所示：y₁=y₂-0.0002x-0.0122；

同样方法可得到实施例2与对比例1的近似线性关系式：y₁=y₃-0.0002x-0.0054；

实施例3与对比例1的近似线性关系式：y₁=y₄-0.0002x-0.0086；

实施例4与对比例1的近似线性关系式：y₁=y₅-0.0001x-0.0022；

各式中的容量衰减百分比y值不仅局限于容量衰减百分比，也可为放电容量的数值，以及其他测试需要得到的具体数值，均可应视为本发明的保护范围。同样的方法可得到45℃循环加速循环与常规循环的关系，本发明不在赘言。

因此，对于本发明的方法，其可适用任何可多次充电式电池，循环制式的变化不仅局限于本发明给出的实施例，可根据使用要求任意变更。通过以上测试方法，可快速归纳出常规循环制式与加速循环之间的关系，采用加速循环模式评估循环性能，可大大缩短常规循环所需要的时间，并可快速发现电池循环中存在的问题，及时解决，快速改善。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种电池循环性能加速评估方法，其可以方便、可靠地对电池的循环性能进行评估，缩短电池的循环时间，降低电池循环性能的评估成本，进而降低电池的生产成本，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种电池循环性能加速评估方法，其特征在于，包括步骤：

第一步：对电池进行充电，直至达到饱和状态；

第二步：实时对电池进行放电；

2.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，在所述第一步中，具体使用电流脉冲对电池进行充电操作；

在所述第二步中，具体使用电流脉冲对电池进行放电操作。

3.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述第一预设荷电状态SOC为100%或者80%，所述第二预设荷电状态SOC为50%。