CN103579698B - 检查二次电池的方法 - Google Patents
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Abstract
一种检查二次电池（1）的方法包括以下步骤：以给定的放电电流（I），将已被初始充电的所述二次电池（1）从初始电压（Vs）放电到放电结束电压（Ve）；基于所述放电电流（I）以及从检查开始电压（V0）到检查结束电压（V1）的电压区间中所用的放电时间（T1）来计算所述电压区间中的区间容量；测量从所述二次电池（1）的所述电压到达特定第一电压的时刻到从上述时刻起经过给定时长（T2）的时刻的电压变化量（ΔV）；以及通过比较所计算的所述区间容量与第一阈值，判定所述二次电池（1）的总容量是否满足性能要求，并且通过比较所测量的所述电压变化量（ΔV）与第二阈值，判定所述二次电池（1）的输出是否满足性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及检查二次电池的方法。此方法可以缩短检查二次电池所需的时间。
背景技术
在对诸如锂离子电池的二次电池进行制造和发货（ship）时，在发货前检查工序中检查二次电池的某些初始特征，例如容量和输出或功率。例如，为了在发货前检查工序中检查二次电池的容量和输出，执行激活处理和高温老化处理，所述激活处理用于通过初始地对电池进行充电来激活二次电池。在激活处理和高温老化处理之后，对二次电池进行放电，直到其电压变为等于指定的电压，接着测量其容量。然后，适当地控制二次电池的温度和电压（SOC：充电状态），以指定的电流对二次电池进行特定时长的放电，从而测量IV电阻，由此测量二次电池的输出。
在如公开号为10-289729（JP10-289729A）的日本专利申请中所描述的二次电池制造过程中，在对二次电池执行高温老化处理和激活处理之后，将电池搁置给定时长（第一缓冲步骤），然后检查每个电池的容量。接着，在进一步将二次电池搁置给定时长（第二缓冲步骤）之后，测量开路电压（OCV），并根据电流容量值挑选出二次电池，以便对二次电池中的被挑选出的那些二次电池进行发货。
如上所述，在对二次电池容量和输出进行测量的发货前检查工序中，分别执行用于测量容量的放电和用于测量输出的放电，因此，需要大量检查时间。并且，在JP10-289729A中描述的检查工序中，由于二次电池被搁置并测量开路电压，因此在检查电池容量之后，需要在测量容量之后控制二次电池的SOC和温度，并且，该检查工序需要大量时间。
发明内容
本发明提供一种检查二次电池的方法，通过此方法可以缩短检查时间，并且可以降低检查工序所需的成本。
根据本发明的一个方面，一种检查二次电池的方法包括以下步骤：以给定的放电电流，将已被初始充电的所述二次电池从给定的初始电压放电到放电结束电压；在所述初始电压与所述放电结束电压之间的电压范围内设定电压区间作为所述二次电池的区间容量的检查区间，所述电压区间是从给定的检查开始电压到低于所述检查开始电压的检查结束电压的区间，并且基于所述放电电流以及所述二次电池的电压从所述检查开始电压变为所述检查结束电压所用的放电时间来计算所述区间容量；当所述二次电池从所述初始电压放电到所述放电结束电压时，测量电压变化量，所述电压变化量是从所述二次电池的电压到达所述电压范围内的特定第一电压的第一时刻到从所述第一时刻起经过给定时长的第二时刻所述二次电池的电压变化量；以及通过比较所计算的所述区间容量与第一阈值，判定与所述区间容量相关的所述二次电池的总容量是否满足性能要求，并且通过比较所测量的所述电压变化量与第二阈值，判定与所述电压变化量相关的所述二次电池的输出是否满足性能要求。
在本发明的上述方面中，所述第一电压和所述给定时长可以被设定为这样的相应值：所述值被确定为使得已知作为无缺陷产品的二次电池模型的输出与该二次电池模型的所述电压变化量之间的相关系数变为等于或大于0.9。
根据本发明的上述方面，缩短了发货前检查的检查时间，并且降低了检查工序所需的成本。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术与工业重要性，在附图中，相似的标号表示相似的部件，其中：
图1是示出通过根据本发明的一个实施例的发货前检查方法检查的二次电池的透视图；
图2是示例出发货前二次电池检查方法的流程的图；
图3是指示二次电池放电曲线的图；
图4是指示二次电池总容量的保证值与基准区间容量之间的关系的图；
图5是指示二次电池的输出的保证值与基准电压变化量之间的关系的图；
图6是指示相关技术的检查工序的发货检查时间与本实施例的检查工序的检查时间的图；
图7是指示当区间容量检查开始电压固定时，区间容量检查结束电压、区间容量与总容量之间的相关系数、以及区间容量的标准偏差之间的关系的图；
图8是指示当区间容量检查开始电压被设定为4.0V且区间容量检查结束电压被设定为3.24V时，区间容量与总容量之间的相关性的图；
图9是指示在放电期间从电池电压到达3.87V的时刻起经过给定时间之后测量的电压变化量与输出之间的相关性的图；
图10是指示在放电期间从电池电压到达3.87V的时刻起经过200秒之后测量的电压变化量与输出之间的相关性的图；
图11是指示通过本实施例的发货前检查方法进行的容量检查的结果的图；以及
图12是指示通过本实施例的发货前检查方法进行的输出检查的结果的图。
具体实施方式
将参考附图描述本发明的一个实施例。
图1示出将要通过根据该实施例的发货前二次电池检查方法检查的二次电池1。二次电池1是例如锂离子二次电池。如图1所示，二次电池1具有电池盒2，电极体3与电解质一起被容纳在电池盒2中。
电池盒2由主体21和盖22组成。主体21是长方体或矩形柱体（rectangular cylinder），在其一侧（上面）形成有开口，在与此开口相对的另一侧形成有底部。也就是说，电池盒2为矩形盒，该盒是通过使用平板状的盖22封闭主体21的开口而形成的。当沿其纵向观察时，正极端子4a被设置在盖22的一个端部（图1中的左端部）上，并且，当沿纵向观察时，负极端子4b被设置在盖22的另一端部（图1中的右端部）上。
电极体3具有正电极、负电极和分隔体（separator）。正电极、负电极和分隔体被层压或层叠在一起，以使分隔体被夹在正电极和负电极之间。层压的正电极、负电极和分隔体被卷绕、压平，从而形成电极体3。可使用三元活性材料（例如，含Li(Ni,Mn,Co)O2的活性材料）作为二次电池1中的正电极的正电极活性材料。
当通过将电极体3和电解质置于电池盒2中而形成二次电池1时，盖22的正极端子4a和负极端子4b被分别连接到电极体3的正电极和负电极。然后，电极体3被附加到盖22，并与盖22组装而形成盖子组件（lidsub-assembly）。然后，电极体3和电解质被放入电池盒2的主体21，且盖22被嵌合在主体21的开口中。接着，通过焊接密封电池盒2的主体21和盖22，从而形成二次电池1。
在制造期间的发货前检查工序中，对这样形成的二次电池1就其初始特性（例如，容量和输出）进行检查。在此，输出例如可被视为电力（W）。通过对已被初始充电的二次电池1进行放电来检查二次电池1的容量和输出，仅放电一次，如图2中的流程所示。将具体描述通过发货前检查工序检查二次电池1的容量和输出的方法。
为了检查二次电池1的容量和输出，以给定的电流值I（例如，2.4C），对已被初始充电的二次电池1进行放电，以使其电压从给定的初始电压Vs（例如，4.0V）变化为放电结束电压Ve（例如，3.0V），如图3所示。在这种情况下，二次电池1的放电开始电压（初始电压Vs）优选地被设定为3.65V到4.1V，更优选地被设定为3.95V到4.1V。放电电流优选地被设定为1C到10C，更优选地被设定为2C到6C。检查温度优选地被设定为10°C到30°C。二次电池1的放电曲线在图3中示出，其中横轴指示时间，纵轴指示放电期间的电池电压。
然后，在从初始电压Vs到放电结束电压Ve的范围内设定区间容量检查开始电压V0和区间容量检查结束电压V1（V1<V0），从而设定区间容量的检查区间。在此，检查区间可被视为为了检查区间容量而设定的电压区间。区间容量检查开始电压V0可被视为本发明的检查开始电压，且区间容量检查结束电压V1可被视为本发明的检查结束电压。使用在步骤S01中对二次电池1进行放电的那个放电电流值I、以及从区间容量检查开始时刻t0到区间容量检查结束时刻t1的时间段T1来计算二次电池1的区间容量（步骤S02）。在区间容量检查开始时刻t0，二次电池1的电压等于区间容量检查开始电压V0。在区间容量检查结束时刻t1，二次电池1的电压等于区间容量检查结束电压V1。更具体地说，通过获取从区间容量检查开始电压V0到区间容量检查结束电压V1的电压区间内的积分电流量，使用放电电流值I和时间T1而计算出二次电池1的区间容量。
此外，在从时刻t2起经过给定的时长或固定的时间T2（将被称为“经过的时间T2”）到达的时刻t3测量二次电池1的第二电压V3，并且计算在从时刻t2到时刻t3的时间段T2内第一电压V2与第二电压V3之间的电压变化量ΔV，所述时刻t2为这样的时刻：二次电池1在该时刻到达在从初始电压Vs到放电结束电压Ve的范围内的给定的第一电压V2（步骤S02）。
然后，将所计算的区间容量与预先设定的作为阈值的基准区间容量进行比较，并将所计算的电压变化量ΔV与预先设定的作为阈值的基准电压变化量进行比较（步骤S03）。作为阈值的基准区间容量可被视为本发明的第一阈值，并且作为阈值的基准电压变化量可被视为本发明的第二阈值。
如图4所示，二次电池1的区间容量具有与二次电池的总容量（当二次电池1被放电以使其SOC从100%变为0%时测量的容量）的相关性。此外，在图4中，与二次电池1保证提供的总容量（总容量的保证值）相对应的区间容量被设定为基准区间容量。因此，如果在步骤S03中比较基准区间容量与在步骤S02中计算的区间容量时判定该区间容量等于或大于基准区间容量，则被检查的二次电池1的总容量满足性能要求，并且将该二次电池1的关于总容量的检查结果判定为“合格”。即，在步骤S03中，将所计算的区间容量与第一阈值进行比较，以便判定与区间容量相关的二次电池的总容量是否满足性能要求。换言之，当区间容量等于或大于第一阈值时，关于总容量的判定结果为“良好”，而当区间容量小于第一阈值时，关于总容量的判定结果为“不好”。
如图5所示，二次电池1的基准电压变化量与二次电池1的输出相关。在图5中，与二次电池1保证提供的输出相对应的电压变化量被设定为基准电压变化量。因此，如果在步骤S03中比较基准电压变化量与在步骤S02计算出的电压变化量ΔV时判定该电压变化量ΔV等于或小于基准电压变化量，则被检查的二次电池1的输出满足性能要求，并且将该二次电池1的关于输出的检查结果判定为“合格”。即，在步骤S03中，将所测量的电压变化量与第二阈值进行比较，以便判定与电压变化量相关的二次电池的输出是否满足性能要求。换言之，当电压变化量等于或小于第二阈值时，关于输出的判定结果为“良好”，而当电压变化量大于第二阈值时，关于输出的判定结果为“不好”。
作为在步骤S03中区间容量与基准区间容量之间的比较结果以及电压变化量ΔV与基准电压变化量之间的比较结果，如果区间容量等于或大于基准区间容量且电压变化量ΔV等于或小于基准电压变化量，即，如果判定区间容量和电压变化量ΔV二者都达到其基准值（步骤S04中的“是”），则判定被检查的二次电池1满足性能要求（即，满足所需的总容量和所需的输出）并且是无缺陷产品（可以发货）（步骤S05）。另一方面，作为在步骤S03中上述比较的结果，如果至少区间容量小于基准区间容量或者电压变化量ΔV大于基准电压变化量，即，如果区间容量和电压变化量ΔV中的至少一者未达到对应的基准值（步骤S04中的“否”），则判定二次电池1不满足性能要求（即，所需的总容量和所需的输出）中的至少一项并且是缺陷产品（不能发货）（步骤S06）。
因此，在根据该实施例在发货前对二次电池1进行检查的方法中，仅对二次电池1放电一次，同时检查总容量和输出。此外，二次电池1的输出是通过使用用于测量容量的放电结果（放电曲线）计算电压变化量ΔV而被检查的，不需测量二次电池1的IV电阻。因此，发货前检查所需的检查时间被缩短，并且检查工序中所需的成本被降低。
作为一个实例，在图6中示例出在发货前检查工序中，在分开的步骤中检查二次电池的容量和输出的相关技术。在相关技术中，在为了检查容量而对二次电池进行放电之后，控制二次电池的SOC和温度，并且为了检查输出而另外地（additionally）对电池进行放电，因此发货前检查工序需要长的时间段。另一方面，如果像在本实施例中那样通过单次放电检查容量和输出二者，则可以省略控制SOC的步骤和控制温度的步骤以及进行第二次放电的步骤，因而显著缩短发货前检查工序所需的时间。
虽然如上所述针对二次电池1计算的区间容量与二次电池1的总容量相关，但是相关度根据为了计算区间容量而设定的区间容量检查开始电压V0和区间容量检查结束电压V1的值而变化。图7示出在二次电池1中从区间容量检查开始电压V0到区间容量检查结束电压V1的区间容量与总容量之间的相关系数，该二次电池1的当从4.1V（SOC100%）放电到3.0V（SOC0%）时的容量被视为总容量。在图7中，以2.4C的电流将该二次电池从初始电压Vs（4.0V）放电到放电结束电压Ve（3.0V），并且计算区间容量，其中区间容量检查开始电压V0被固定为4.0V，区间容量检查结束电压V1是变化的。
从图7可以了解，当区间容量检查结束电压V1等于或低于3.3V时，区间容量与总容量之间的相关系数等于或大于0.9，这意味着区间容量与总容量高度相关。因此，如果在步骤S02中计算二次电池1的区间容量时区间容量检查开始电压V0被设定为4.0V，则优选地将区间容量检查结束电压V1设定为等于或低于3.3V。当区间容量检查结束电压V1被设定为等于或低于3.3V时，所计算出的区间容量的变动（标准偏差）降低，由此确保提高的检查精确度。
当区间容量检查结束电压V1位于3.26V到3.20V的范围内时，区间容量与总容量之间的相关系数最高。因此，当通过被设定为4.0的初始电压V0计算二次电池1的区间容量时，更优选地将区间容量检查结束电压V1设定为在3.26V到3.20V的范围内。当区间容量检查结束电压V1被设定在3.26V到3.20V的范围内时，所计算的区间容量的变动（标准偏差）被最小化，由此确保进一步提高的检查精确度。例如，如果通过对二次电池进行放电来计算区间容量，其中区间容量检查开始电压V0被设定为4.0V且区间容量检查结束电压V1被设定为3.24V，则如图8所示，区间容量与总容量之间的相关系数为0.97。
由此，当区间容量检查开始电压V0被设定为4.0V时，优选地将区间容量检查结束电压V1设定为3.3V或更低，更优选地将区间容量检查结束电压V1设定为位于3.26V到3.20V的范围内。当区间容量检查开始电压V0被设定为另一电压水平时，优选地将区间容量检查结束电压V1设定为使得区间容量与总容量之间的相关系数变为等于或大于0.9。
当区间容量检查开始电压V0和区间容量检查结束电压V1被设定为这样的相应值：所述值被确定为使得区间容量与总容量之间的相关系数变为等于或大于0.9时，从已知作为无缺陷产品的二次电池模型获取的区间容量和总容量的数据被用于计算相关系数。即，区间容量检查开始电压V0和区间容量检查结束电压V1被设定为这样的相应值：所述值被确定为使得已知作为无缺陷产品的二次电池模型的区间容量与总容量之间的相关系数变为等于或大于0.9。结果，可以以高精确度检查二次电池1的容量。
如上所述，对二次电池1测量的电压变化量ΔV与二次电池1的输出相关。另一方面，相关度根据第一电压V2和从时刻t2起经过的时间T2的值而变化。在此，在计算电压变化量ΔV时使用第一电压V2。此外，在时刻t2，二次电池1的电压到达第一电压V2。更具体地说，在图9中示出了当经过的时间T2变化而第一电压V2被固定为3.87V时从时刻t2到时刻t3的电压变化量ΔV与输出之间的相关系数。
从图9可以了解，当经过的时间T2等于或大于70秒且等于或小于830秒时，电压变化量ΔV与输出之间的相关系数等于或大于0.9，这意味着电压变化量ΔV与输出高度相关。因此，当在步骤S02中计算二次电池1的电压变化量ΔV时，优选地将电压V2设定为3.87V，并且将经过的时间T2设定为等于或大于70秒且等于或小于830秒。例如，如果将作为计算电压变化量ΔV时的开始电压的电压V2设定为3.87V并将经过的时间T2设定为200秒，则如图10所示，电压变化量ΔV与输出之间的相关系数为0.917。
由此，当电压V2被设定为3.87V时，优选地将经过的时间T2设定为等于或大于70秒且等于或小于830秒。即使当周围环境温度和电压V2被设定为其它值时，优选地将经过的时间T2设定为使得电压变化量ΔV与输出之间的相关系数变为等于或大于0.9。即，在测量电压变化量时使用的第一电压V2和给定时长T2可被设定为这样的相应值：所述值被确定为使得关于已知作为无缺陷产品的二次电池模型的输出与电压变化量之间的相关系数变为等于或大于0.9。
因此，当在步骤S02中计算电压变化量ΔV时，预先计算已知作为无缺陷产品的二次电池模型的输出与电压变化量之间的相关系数，其中第一电压V2变化且经过的时间T2变化。然后，使用计算结果来将第一电压V2和经过的时间T2的值设定为这样的值：所述值使得二次电池模型的输出与电压变化量ΔV之间的相关系数变为等于或大于0.9。因此，可以以高精确度检查二次电池1的输出。
接下来，将描述在通过该实施例的发货前检查方法执行对二次电池1的发货前检查时判定是否能以高精确检查二次电池1的结果。
首先，准备二次电池2的二十个样品，将根据该实施例的发货前检查方法对这些样品进行发货前检查。通过改变其电极长度，这些样品的设计容量在0-3%范围内的八个级别间变化。作为测试实例，在20°C的环境下，以2.4C的电流，将这些样品中的每一个从4.0V放电到3.0V，且仅放电一次。
下面将介绍容量检查的结果。除了如上所述的测试实例之外，还要对每个样品进行恒电压放电（CV放电），以使其电压从4.1V（SOC100%）变为3.0V（SOC0%），从而测量每个样品的总容量。对于每个样品，区间容量检查开始电压V0被设定为3.85V，而区间容量检查结束电压V1被设定为3.28V，并且使用在上述测试实例中获得的放电数据来计算从区间容量检查开始电压V0到区间容量检查结束电压V1的区间容量。然后，对于每个样品，将所测量的总容量与所计算的区间容量进行比较，从而检查总容量与区间容量之间的相关性。
图11示出了指示每个样品的总容量与区间容量之间的相关性的图。从图11可以了解，总容量与区间容量之间的相关系数r为0.962，高于0.9，因此总容量与区间容量之间具有高相关性。
下面将介绍输出检查的结果。除了如上所述的测试实例之外，还在低温环境下测量每个样品的输出。对于每个样品，将检查输出时使用的第一电压V2设定为3.87V，同时将经过的时间T2设定为200秒。此外，计算从电压到达第一电压V2的时刻t2到时刻t3的电压变化量ΔV，所述时刻t3为从时刻t2起经过了经过的时间T2而到达的时刻。然后，对于每个样品，将所测量的输出与所计算的电压变化量ΔV进行比较，从而检查输出与电压变化量之间的相关性。
图12示出了指示每个样品的输出与电压变化量ΔV之间的相关性的图。从图12可以了解，输出与电压变化量ΔV之间的相关系数r为0.917，高于0.9，因此输出与电压变化量之间具有高相关性。
由此，即使仅对二次电池1放电一次且通过使用从该放电获得的数据中的区间容量和电压变化量ΔV来检查二次电池1的容量和输出，也可以以高精确度检查容量和输出二者。
Claims (5)
1.一种检查二次电池(1)的方法，其特征在于包括：
以给定的放电电流(I)，将已被初始充电的所述二次电池(1)从给定的初始电压(Vs)放电到放电结束电压(Ve)；
在所述初始电压(Vs)与所述放电结束电压(Ve)之间的电压范围内设定电压区间作为所述二次电池(1)的区间容量的检查区间，所述电压区间是从给定的检查开始电压(V0)到低于所述检查开始电压(V0)的检查结束电压(V1)的区间，并且基于所述放电电流(I)以及所述二次电池(1)的电压从所述检查开始电压(V0)变为所述检查结束电压(V1)所用的放电时间(T1)来计算所述区间容量；
当所述二次电池(1)从所述初始电压(Vs)放电到所述放电结束电压(Ve)时，测量电压变化量(ΔV)，所述电压变化量(ΔV)是从所述二次电池(1)的电压到达所述电压范围内的第一电压(V2)的第一时刻到从所述第一时刻起经过给定时长(T2)的第二时刻所述二次电池(1)的电压变化量；以及
通过比较所计算的所述区间容量与第一阈值，判定与所述区间容量相关的所述二次电池(1)的总容量是否满足性能要求，并且通过比较所测量的所述电压变化量(ΔV)与第二阈值，判定与所述电压变化量(ΔV)相关的所述二次电池(1)的输出是否满足性能要求。
2.根据权利要求1的方法，其中
所述第一电压(V2)和所述给定时长(T2)被设定为这样的相应值：所述值被确定为使得已知作为无缺陷产品的二次电池模型的输出与该二次电池模型的所述电压变化量(ΔV)之间的相关系数变为等于或大于0.9。
3.根据权利要求1或2的方法，其中
同时判定所述总容量是否满足所述性能要求以及所述输出是否满足所述性能要求。
4.根据权利要求1或2的方法，其中
使用用于计算所述区间容量的放电结果计算所述电压变化量(ΔV)。
5.根据权利要求1或2的方法，其中
所述第一阈值是与所述二次电池(1)保证提供的总容量相对应的区间容量；
所述第二阈值是与所述二次电池(1)保证提供的输出相对应的电压变化量(ΔV)；
当所计算的所述区间容量等于或大于所述第一阈值时，判定所述二次电池(1)的所述总容量满足所述性能要求；且
当所测量的所述电压变化量(ΔV)等于或小于所述第二阈值时，判定所述二次电池(1)的所述输出满足所述性能要求。
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