CN103579700B - 一种锂离子电池分选配组方法 - Google Patents

一种锂离子电池分选配组方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂离子电池制造技术领域,尤其涉及一种锂离子电池的分选配组方法,广泛应用于各种电子、电气设备如小型数码电器、电动自行车、电动汽车等用电池组的分选配组,本发明先对单体电池喷码或编号,采集单体电池首次容量、电压、内阻;对单体电池老化,采集单体电池的二次电压、内阻和恢复容量,对配组因素进行数据统计,建立单体电池各配组因素的分级标准,确定每个单体电池的每个配组因素的级别,根据实际情况选择配组因素进行分选配组。本发明分选过程简单,对分选设备的要求简单,降低分选配组的成本;具有能够优选长寿命电池组功能,且能剔除不合格电芯,减少电池组出货后不良现象发生。

Description

-种裡离子电池分选配组方法
技术领域
[0001] 本发明设及裡离子电池制造技术领域,尤其设及一种裡离子电池的分选配组方 法,广泛应用于各种电子、电气设备如小型数码电器、电动自行车、电动汽车等电池的分选 配组。
背景技术
[0002] 裡离子电池作为一种新型储能设备,因其具有高比能量、高比功率、工作电压高、 自放电低、较好的循环性能W及制造环境友好等优点,已越来越受到人们的重视。目前裡离 子电池生产行业中,普遍存在单体裡离子电池的充放电性能、循环寿命及其安全性能都满 足行业、国家和国际行业技术标准,但是,一旦将多个单体电池按照一定方式组合起来(如 串联)使用,因各单体电池由于制造过程的一致性差异,导致其技术参数(电压、容量、内阻 等)不匹配,进一步引起电池内部的欧姆极化阻抗,W及参加电池反应物质的传输阻抗的差 异,若差异太大,必然产生在电池组工作时,各单体电池实时电压分配不均,造成过充电或 过放电,W致电池组使用性能恶化,如容量下降,循环寿命急剧衰减,更有甚者会影响裡离 子电池的安全使用等问题。
[0003] 因此,对多个裡离子电池的分选配组方法就变得尤为重要,现有行业内存在的电 池分选配组方法多样,主要概括为两大类:静态分选配组方法,包括基于开路电压、内阻、容 量、自放电等参数分选配组法,其未考虑到与裡离子电池化学体系稳定性相关的电压、内 阻、容量变化值;动态分选配组方法,一般为基于充放电电流、电压曲线分选配组法,但该方 法对设备的要求较高,需专口的裡离子电池充放电设备,成本高。
[0004] 现阶段迫切需要开发出一种可W自动方便快捷的裡离子电池分选配组方法,W便 将性能一致的多个裡离子电池单体组合形成电池组,保证电池组的整体使用寿命,使得电 池组能安全可靠地应用于各种电气设备如小型数码电器、电动自行车、电动汽车等。
发明内容
[0005] 有鉴于此,本发明的目的在于提供了一种裡离子电池分选配组方法,旨在解决现 有电池分选过程复杂W及成本高的问题。
[0006] 为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:一种裡离子电池的分选配组方法,包 括如下步骤:
[0007] 1)采集分容后的单体电池的首次电压VI、内阻Ri及容量Cl;
[000引2)将单体电池老化,采集老化后的单体电池的二次电压V2、内阻R2及恢复容量C2, 建立恢复容量C2的分级标准,同时对每个单体电池的恢复容量C2分级;
[0009] 3)统计所有单体电池的电压变化值AV、不可逆容量损失比率AC/Ci、内阻变化比 率AR/Ri,并分别建立电压变化值AV、不可逆容量损失比率AC/Ci、内阻变化比率AR/Ri的 分级标准,同时对每个单体电池的每个配组因素分级;
[0010] 4)选取配组因素,并根据配组因素选择每个配组因素同一级别的单体电池进行配 组;
[0011] 其中AV=V广V2,AC=C广C2,AR=R广R2,所述配组因素为恢复容量C2、电压变化值A V、不可逆容量损失比率AC/Ci、内阻变化比率AR/化。
[0012 ] 较佳地,所述步骤2 )中所述将单体电池老化为在25 °C~80°C环境中将单体电池老 化。
[0013] 较佳地,所述步骤2)中所述将单体电池老化的老化时间为4小时~30天。
[0014] 较佳地,所述步骤1)中分容后的单体电池的荷电量为0%~80%。
[0015] 较佳地,在所述步骤1)前还包括对单体电池喷码或编号。
[0016] 较佳地,所述选取配组因素为选取两个或=个配组因素。
[0017]本发明的优点在于:
[0018] (1)通过单体电池老化后的恢复容量、不可逆容量损失值、电压变化值、内阻变化 值等运些与电池寿命有密切关系的因素来对单体电池分组,单体电池老化为电池制备中的 必备的过程,无需高精度设备、可灵活选取老化溫度,优化了电池分选的过程,节约了电池 分选的成本;
[0019] (2)通过单体电池容量、不可逆容量损失等与电池寿命和电池电化学特性密切相 关的细化参数来进行电池分选配组,能使电池分选配组更准确,得到的组合电池具有更好 的一致性,保证电池组具有较长的使用寿命,减少电池出货后不良现象发生;
[0020] (3)配组方法简单,在实际使用中更方便,分选过程中只需要根据实际需要,W电 池参数为依据,合理配组所需分选电池,更符合电池使用中的实际变化需要。
附图说明
[0021] 图1、本发明实施例的流程示意图;
[0022] 图2、本发明实施例的电池老化后的容量分布图;
[0023] 图3、本发明实施例的电池老化后的不可逆容量损失分布图;
[0024] 图4、本发明实施例的电池老化后的电压变化值分布图;
[0025] 图5、本发明实施例的电池老化后的内阻变化率分布图;
[0026] 图6、本发明实施例中配组A的200次循环的容量变化图;
[0027] 图7、本发明实施例中配组B的200次循环的容量变化图;
[0028] 图8、本发明实施例中配组C的200次循环的容量变化图;
[0029] 图9、本发明实施例中配组D的200次循环的容量变化图。
具体实施方式
[0030] 如图1所示,本发明裡离子电池的分选配组方法主要包括W下步骤:
[0031] 1)对同一批次的每个单体电池进行喷码或编号;
[0032 ] 2 )对喷码或编号后的单体电池分容,选取其中荷电量为0%~80%的单体电池,测量 并记录上述单体电池的首次电压VI、内阻化及容量Cl;
[0033] 3)将W上单体电池放入老化装置,在25°C~80°C溫度中老化4小时~30天,老化完 成后,采集老化后的单体电池的二次电压V2、内阻R2及恢复容量C2,同时根据恢复容量C2建 立恢复容量的分级标准,同时对每个单体电池的恢复容量分级;
[0034] 3)统计所有单体电池的电压变化值AV、不可逆容量损失比率AC/Ci、内阻变化比 率AR/Ri,并分别根据电压变化值AV、不可逆容量损失比率AC/Ci、内阻变化比率AR/Ri建 立配组因素分级标准,同时对每个单体电池的每个配组因素分级;
[0035] 4)选取配组因素,并根据配组因素将每个配组因素同一等级的单体电池组成电池 组;
[0036] 其中AV=Vi-Vs,AC=C广C2,AR=R广R2,所述配组因素为恢复容量C2、电压变化值A V、不可逆容量损失比率AC/Ci、内阻变化比率AR/化;
[0037] 选取的配组因素一般为两个或=个,若仅选用一个配组因素,电池配组越简单,但 配组后的电池组的寿命没有保障,电池一致性差,出货后的不良现象较多;配组因素越多, 配组越准确,电池组的寿命越长;但配组因素过多,单体电池等级越多,无法达到配组要求 的单体电池越多,不利于生产,增加了生产成本、浪费了资源。
[0038] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0039] 待分选电池为8570120-6000mAh憐酸铁裡储能电池,其分选配组在制作储能电池 的过程中进行,具体步骤如下:
[0040] 1)在8570120-6000mAh憐酸铁裡储能电池已制作完成后,首先对单体电池进行容 量分选,待憐酸铁裡储能电池分容后,对合格的单体憐酸铁裡储能电池喷码或编号;
[0041] 2)在对单体电池编码或编号同时,测量并记录每个单体憐酸铁裡储能电池的首次 电压Vi、内阻化、容量Cl;
[0042] 3)对单体电池老化,即将所有憐酸铁裡储能电池放入老化装置,在45°C对单体电 池老化14天,也可适当提高老化溫度和/或改变老化时间,老化时间和老化溫度主要根据实 际需要来选择,一般老化溫度可选范围为25°C~80°C,老化时间随着老化溫度和实际需要 来改变,老化溫度越高,所需的老化时间越短,老化时间可选范围为4小时-30天;老化过程 完成后,取出所有憐酸铁裡储能电池,测量并记录每个单体电池的二次电压V2、内阻R2及恢 复容量C2,并统计单体电池的恢复容量C2,如图2所示,同时根据统计直方图和实际需要确定 恢复容量C2的分级标准,并根据该分级标准对单体电池的恢复容量C2分级,如表1所示;
[0043] 4)对采集到的容量、电压及内阻进行统计学处理,统计所有单体电池的电压变化 值AV、不可逆容量损失比率AC/Ci、内阻变化比率AR/Ri,如图3-5所示,并根据直方图和实 际需要分别确定电压变化值AV、不可逆容量损失比率AC/Ci、内阻变化比率AR/Ri分级标 准,如表1所示,再根据W上分级标准和配组因素,对每个单体电池的每个配组因素分级。
[0044] 在确定分级标准过程时,首先擬除其中明显不符合标准的憐酸铁裡储能电池,如 图2-5所示,根据所示的直方图和实际需要及单体电池的检测标准,对单体电池进行处理, 其中若单体电池的配组因素有一项在W下范围:不可逆容量损失比例大于3.0%、电压差值 小于12mV或大于33mV、内阻变化率大于4.0%及恢复容量C2小于5700mAh或大于6400mAh,该 单体电池均需擬除在配组之外。根据实际需要和统计数据对配组因素进行分级,选取=个 配组因素分别是电压变化值AV、恢复容量C2和不可逆容量损失比率AC/Ci,在此处将电压 变化值和恢复容量分为=个等级,不可逆容量损失率分为两个等级,分级标准如表1所示, 一般也可适当增加或减少每个配组因素的级别。
[0045] 配组因素的分级一般可定为两个级别或=个级别,若多个配组因素的级别均只有 两个级别,电池配组简单,参与配组的单体电池越多,但配组后的电池组的寿命保障较差, 电池组一致性差,出货后的不良现象较多;若每一配组因素的级别分级越多(超过3个级 别),配组的准确性越高,电池组的寿命越长;但每一配组因素的级别越多,无法参与配组的 单体电池越多,增加了电池生产成本、浪费了资源。
[0046]表1配组因素的分级标准
Figure CN103579700BD00061
[004引5)通过确定每个单体憐酸铁裡储能电池的在不同配组因素下的等级,将同一配组 因素下的同一等级的单体电池归为同一组,即可配成电池组。
[0049] 对本方法进行试验验证,如表2所示,选取部分憐酸铁裡储能电池,各配组因素的 数据如下,根据分级标准对各配组因素进行分级。
[0050] 表2部分憐酸铁裡储能电池的配组因素及级别
Figure CN103579700BD00062
[0化2]
Figure CN103579700BD00071
[0化3] 通过表2所示的配组因素进行定级,对其中的电池进行配组,选取配组所有配组因 素级别相同的作为实验组,如表3和图6所示,选取其中某一配组因素或多个配组因素不相 同的作为对比组,如下表4-6和图7-9所示,采用如上配组方法配组后的电池组循环200次后 的电池组容量保持率对本发明进行验证。
[0化4] 表3
Figure CN103579700BD00072
[0化6]
Figure CN103579700BD00081
[0057]如表3和图6所示,A组电池组其循环200次后的容量保持率较高,每个电池组中的 单体电池的=个配组因素均在同一个级别,其中Al电池组:其中的两个单体电池电压变化 值都为1级,恢复容量在合格级别内,且其中两单体电池的恢复容量差值在233mAhW内,为 同一级别,而不可逆容量损失比率差值在0.7%W内,为同一级别;
[005引 A2电池组:其中的两个单体电池的电压变化值分别为1级和2级,且差值在7mVW 内,为同一级别,恢复容量的级别都在3级,不可逆容量损失比率都在2级;
[0059] A3电池组,其中的两个单体电池的电压变化值的级别均在2级,恢复容量的级别都 在3级,不可逆容量损失比率都在2级;
[0060] 在表3和图6中,=组电池组的相关配组因素分别都在同一个等级,电池组200次循 环过程中,电池组容量变化平稳,容量保持率高,电池组一致性较好,寿命较长。
[0061] 表 4
Figure CN103579700BD00082
[0063] 如表4和图7所示,B组电池组其循环200次后的容量变化不稳定,=组电池组中,各 自的单体电池的恢复容量C2均不属于同一等级,配组后循环200次后,有W上3组配组验证 结果可知,在恢复容量配组不当,但其他两配组因素分别属于同一等级的状况下,电池组的 容量保持率合格,但是其中的配组会存在一定的配组风险,导致电池的使用寿命降低,其配 组后的容量保持率相对于=个配组因素均配组正确的组别的容量保持率相对较低。
[0064] 表 5
[00 化]
Figure CN103579700BD00091
[0066] 如表5和图8所示,A组电池组其循环200次后的容量有较大变化,=组电池组中,各 自的单体电池的电压变化值AV均不属于同一等级,配组后循环200次后,有W上3组配组验 证结果可知,在电压变化值AV配组不当,但其他两配组因素分别属于同一等级的状况下, 电池组的容量保持率合格,但是其中的配组会存在一定的配组风险,导致电池的使用寿命 降低,其配组后的容量保持率相对于=个配组因素均配组正确的组别的容量保持率相对较 低。
[0067] 表 6
Figure CN103579700BD00092
[0070] 如表6和图9所示,D组电池组其循环200次后的容量有较大变化,=组电池组中,各 自的单体电池的电压返变化值AV、容量损失比率AC/Ci均不属于同一等级,在200次循环 过程中,D1电池组在62次循环后,电池组容量即降到3698mV,电池组性能出现故障;而D2和 D3电池组在200此循环中,电池组容量差异逐渐变大,几乎减少到原来的一半,电池组中的 单体电池一致性差,电池组寿命明显缩短。
[0071] 通过W上图表可知,配组因素分级后,配组因素的级别一致性越多,电池配组越准 确,电池组的容量保持率越好,电池寿命越长,其中两个配组因素的配组正确(级别一致) 下,分选配组后电池组的容量保持率较好,电池组的寿命保持率较长,但其存在一定风险; 而当有=个配组因素的配组正确(级别一致)下,配组后的电池组的电池容量保持率良好, 电池组的使用寿命更长。
[0072] 上述实施例,只是本发明的较佳实施例,并非用来限制本发明实施范围,故凡W本 发明权利要求所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰,均应包括在本发明权利要 求范围之内。

Claims (5)

1. 一种锂离子电池的分选配组方法,其特征在于,包括以下步骤: 1) 采集分容后的单体电池的首次电压Vi、内阻Ri及容量C1; 2) 将单体电池老化,采集老化后的单体电池的二次电压V2、内阻R2及恢复容量C2,确定 恢复容量C 2的分级标准,同时根据恢复容量C2对单体电池分级; 3) 统计所有单体电池的电压变化值AV、不可逆容量损失比率AC/&、内阻变化比率Λ R/Ri,确定以上配组因素的分级标准,并对每个单体电池的电压变化值AV、不可逆容量损 失比率AC/&、内阻变化比率AR/Ri分别分级; 4) 选取配组因素,并根据配组因素选择每个配组因素同一级别的单体电池进行配组; 其中AV=Vl-V2,AC = Cl-C2,AR=Ri-r2,所述配组因素为恢复容量 C2、电压变化值AV、 不可逆容量损失比率AC/Cl、内阻变化比率AR/Rl;所述选取配组因素为选取两个或三个配 组因素。
2. 根据权利要求1所述的锂离子电池的分选配组方法,其特征在于:所述步骤2)中所述 将单体电池老化为在25°C~80°C环境中将单体电池老化。
3. 根据权利要求1所述的锂离子电池的分选配组方法,其特征在于:所述步骤2)中所述 将单体电池老化的老化时间为4小时~30天。
4. 根据权利要求1所述的锂离子电池的分选配组方法,其特征在于:所述步骤1)中分容 后的单体电池的荷电量为0%~80%。
5. 根据权利要求1所述的锂离子电池的分选配组方法,其特征在于:在所述步骤1)前还 包括对单体电池喷码或编号。
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