CN104335445A - 二次电池的充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明包括：以第一充电率从初始充电电压充电至第一充电电压的第一充电步骤；和在达到第一充电电压后，通过在不超过第一充电率的范围内逐渐降低充电率，完成充电过程以便达到目标电压的第二充电步骤。根据本发明的二次电池的充电方法能够防止二次电池退化，并且由此提高电池的寿命。

Description

二次电池的充电方法
技术领域
本发明涉及一种二次电池的充电方法，并且更具体地涉及一种二次电池充电方法，该方法包括以第一充电率(C-rate)将二次电池从初始充电电压充电至第一充电电压的第一充电步骤，以及在二次电池的电压达到第一充电电压后，在不超过第一充电率的范围内逐渐降低充电率的同时，将二次电池充电至目标电压的第二充电步骤。
背景技术
近年来，随着移动装置，诸如便携式计算机、移动电话和相机的日益发展，并且对这些移动装置的需求增加，对于用作移动装置的能源的二次电池的需求也急剧增加。这些二次电池中的一种是锂二次电池，锂二次电池具有高能量密度和运行电势、长循环寿命和低自放电率，已经对锂二次电池执行了许多研究，并且现在商业化并且广泛使用锂二次电池。
可在放电后对二次电池重新充电，以便能够继续使用二次电池。然而，基于充电和放电状态，二次电池具有不同性能。出于该原因，已经做出提高二次电池的充电方法的努力，以便能够提高二次电池的性能。
图1是示出传统恒定电流(CC)-恒定电压(CV)充电方法(下文称为CC-CV充电方法)中的充电电流和充电电压之间的关系的视图，该方法通常被用作上述二次电池的充电方法。如图1中所示，CC-CV充电方法是这样一种方法，即以最大电流对二次电池充电，直到二次电池的电压达到预定电池电压，并且在二次电池的电压达到预定电池电压后，在逐渐降低充电电流的同时对二次电池充电。
图2是示出图1中所示的每一步骤的充电周期与充电时间之间的关系的视图。在第一步骤中，以恒定电流对电池充电，直到电池电压的电压升高至充电限制电压。当电池电压的电压升高至充电限制电压时，在第二步骤处，电池饱和，并且在逐渐降低充电电流的同时对电池充电。此时，电池电压的电压达到最高电池电压。随后，基于电池的电压，对电池执行辅助充电。对于锂离子电池，不可能使用过电压过充，并且涓流充电可能损伤电池。出于该原因，在不施加涓流充电的同时执行辅助充电。(涓流充电是一种连续地向蓄电池提供下列充电电流的方法，该充电电流的大小近似于自放电电流，以便在其中使用蓄电池作为紧急电极的情况下，始终保持对蓄电池充电。)
在恒定电流充电周期(步骤1)期间，以0.5C或更小的充电率的低恒定电流对电池充电约1小时。结果，在恒定电流充电周期后，补充充电(topping charge)周期(步骤2)相对长。另外，检测时间或电流，以控制充电完成。因此，在传统的CC-CV充电方法中，充电率直接与时间成比例。
在上述传统充电方法中，当对电池充电100分钟时，充电率约为85％或更少。因此，为了实现至少90％的充电率，必需对电池充电130分钟或更长。因此，需要很多时间对电池充电。
此外，在传统的充电方法中，在其中向电池提供高充电率电流，以便提高充电速度的情况下，电池的性能退化。
因此，近年来，已经对下列充电方法执行许多研究，该充电方法能够在较短时间内稳定地对电池充电，同时降低电池的退化率，并且另外，存在一种对改进充电方法的高度需要。
发明内容
技术问题
因此，已经做出本发明，以解决上述问题以及还未解决的其它技术问题。
作为对解决上述问题的大量广义和狭义研究和试验的结果，本发明的发明人已经开发出一种二次电池充电方法，该方法包括以第一充电率将二次电池从初始充电电压充电至第一充电电压的第一充电步骤，以及在二次电池的电压达到第一充电电压后，在不超过第一充电率的范围内逐渐降低充电率的同时，将二次电池充电至目标电压的第二充电步骤，并且已经发现，在其中应用本发明的充电方法的情况下，可能抑制电池的退化，由此提高电池的寿命特性。已经基于这些发现完成本发明。
技术方案
根据本发明的一方面，能够通过提供一种二次电池充电方法解决上述和其它技术问题，该方法包括以第一充电率将二次电池从初始充电电压充电至第一充电电压的第一充电步骤，以及在二次电池的电压达到第一充电电压后，在不超过第一充电率的范围内逐渐降低充电率的同时，将二次电池充电至目标电压的第二充电步骤。
充电率是电流率，其是用于在电池充电和放电期间的各种使用条件下，设置电流值和评价或指示可能的电池使用时间的单位。将充电或放电时间除以电池的额定容量，以计算充电和放电电流值。充电率的单位是C，其通过下面方程1所表达的来定义。
放电率(C)＝充电和放电电流/电池的额定容量……方程1
如上所述，传统的二次电池恒定电流(CC)-恒定电压(CV)充电方法具有下列问题，即在其中向二次电池提供高电流，以提高充电速度的情况下，二次电池的退化加速，并且在充电速度降低的情况下，充电量降低。
另一方面，在本发明的充电方法中，在恒定电流充电周期期间使用恒定电流充电方法对二次电池充电，并且当在恒定电压充电周期期间对二次电池充电时，向二次电池提供低恒定电流，以便使用恒定电流充电方法保持对二次电池充电。也就是说，在其中电压达到特定电平，或者电流开始从特定时间降低，结果是不可能继续向二次电池提供恒定电流的情况下，向二次电池提供低电流，以便以下一步骤对二次电池充电。
在其中应用上述充电方法的情况下，假定在第一充电步骤处应用相同的充电率，单位时间的充电速度可低于传统的CC-CV充电方法。然而，充电速度之间的差异小，但可降低高电压时间。因此，可能抑制二次电池的退化，这是优选的。
基于各种因素，诸如电池的容量和负载，第一充电步骤的第一充电率可具有各种范围。在优选示例中，对于15-20Ah级的电池，第一充电步骤的第一充电率可具有3C-6C的范围。优选地，第一充电步骤的第一充电率为6C。如果充电率太小，则充电时间增加，这不是优选的。另一方面，如果充电率太大，则充电量降低，并且电池的退化加速，这也不是优选的。
虽然给出相同充电率，但是对于高容量电池，电流量可能显著提高，并且对于具有高负载值的电池，可能降低循环特性。因此，在上述电池中，根据本发明可将充电率的值设置为低于电池的充电率。
在根据本发明的充电方法中，在第二充电步骤中逐渐降低充电率可包括与充电时间成比例地逐步降低充电率。在其中逐步设置恒定电流充电周期，并且如上所述逐步地降低充电率的情况下，单位时间的充电率可能低于传统CC-CV充电方法。然而，两种充电率之间的差小，但是可能抑制电池的退化，这是优选的。
降低充电率可包括在从3C至1C的范围内逐步降低充电率。在优选实施例中，降低充电率可包括以3C、2C和1C的顺序逐步降低充电率。
初始充电电压是电池在充电之前的电池的电压。本领域技术人员可考虑电池的条件，诸如充电性能和充电时间，任意设置第一充电电压的范围。例如，第一充电电压可具有从4.080V至4.095V的范围，并且目标电压可具有在等于或大于第一充电电压的范围内从4.090V至4.100V的范围。
在根据本发明的充电方法中，可以在无时间差的情况下改变充电率。因此，可能减少充电时间。
根据本发明的充电方法可应用于锂二次电池。
根据本发明的另一方面，提供一种使用上述充电方法充电的二次电池。该二次电池可是锂二次电池。
附图说明
通过结合附图阅读下面的详细说明，将更清楚地理解本发明的上述和其它目标、特征和其它优点，其中：
图1是示出锂二次电池的传统恒定电流(CC)-恒定电压(CV)充电方法中的充电电流和充电电压之间的关系的视图；和
图2是示出图1中所示的每一步骤的充电周期与充电时间之间的关系的视图。
具体实施方式
现在将参考下面的实例更详细地描述本发明。提供这些实例仅是为了例示本发明，并且不应将这些示例理解为限制本发明的范围和精神。
<实验示例1>
在下表1中示出基于30℃温度下的示例1和比较示例1至4的恒定电流(CC)充电结果的充电时间和充电量。
[表1]
能够从以上表1的示例1看出，在其中使用根据本发明的逐步充电方法的情况下，可能提高电池的充电量，而没有由于充电时间导致的大量损耗。因此，可能减少高电压时间，由此提高电池的寿命特性，同时防止电池退化。
<实验示例2>
在下表2中示出基于25℃温度下的示例2至5和比较示例5的CC充电结果，以及比较示例6至8的恒定电流(CC)-恒定电压(CV)充电结果的充电时间和充电量。
[表2]
能够从以上表2看出，与使用CC-CV充电方法充电的根据比较示例的电池相比，使用逐步充电方法充电的根据本发明示例的电池具有更长充电时间，但是充电时间的差小，并且在其中电池具有相同缩小(cut)充电率的情况下，示例和比较示例的电池的充电量的差小。
另外，表2的示例1的电池和示例3的电池之间的比较揭示了，充电率随着温度降低而降低。这是因为随着温度降低，离子转移速度降低，因此，充电执行不充分。除了温度之外，示例1的电池和示例3的电池具有相同条件。在实验期间，由于电池的退化，示例1的电池和示例3的电池可具有不同的最大充电量，但是最大充电量之间的差小。
<实验示例3>
在与表2相同的条件下，在25℃温度下对示例2至5和比较示例5至8的电池充电，并且然后在2C CC条件下放电。比较充电和放电后休息10分钟时间时，通过2000次循环充电和放电获得的电池的充电和放电能量，以测量电池的退化率。
[表3]
25℃ 退化率(％) 总充电和放电能量(KWh)
示例2 6.36 67.667
示例3 6.41 67.935
示例4 6.13 59.443
示例5 7.50 62.186
比较示例5 4.25 50.567
比较示例6 6.04 67.132
比较示例7 8.64 68.887
比较示例8 7.04 59.606
从以上表3能够看出，以6C CC-CV充电的比较示例7的电池具有最高退化率。然而，在其中如示例5向电池提供高电压和高电流的情况下，虽然执行逐步充电，但是电池的退化率也升高，结果是电池的寿命特性可能降低。
同时，示例3的电池的总充电和放电能量与比较示例7的电池类似。然而，与比较示例7的电池相比，示例3的电池的退化率小约25％。从上表2能够看出，通过逐步6C CC充电来充电的电池的寿命比通过CC-CV充电来充电的电池长约25％。
在3C充电时，不能获得良好效果。这是因为测试了16Ah级的电池，结果是直到以6C对电池充电，都不存在问题。然而，对于用于BE的30Ah级电池，必需在电池高速度充电期间降低充电率。因此，在该情况下，预期将获得期望效果。
虽然已经为了例示公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员应明白，不偏离附加权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，能够存在各种修改、添加和替换。
工业实用性
通过上述说明书应明白，在其中应用本发明的充电方法的情况下，能够抑制电池的退化，而没有由于充电时间导致的大量损耗，由此提高电池的寿命特性。

Claims (12)

1.一种二次电池的充电方法，包括：
以第一充电率将所述二次电池从初始充电电压充电至第一充电电压的第一充电步骤；和
在所述二次电池的电压达到所述第一充电电压后，在不超过所述第一充电率的范围内逐渐降低充电率的同时，将所述二次电池充电至目标电压的第二充电步骤。
2.根据权利要求1所述的充电方法，其中，所述第一充电步骤的第一充电率具有3C至6C的范围。
3.根据权利要求1所述的充电方法，其中，所述第一充电步骤的第一充电率为6C。
4.根据权利要求1所述的充电方法，其中，在所述第二充电步骤中逐渐降低充电率包括与充电时间成比例地逐步降低所述充电率。
5.根据权利要求4所述的充电方法，其中，所述降低所述充电率包括在从3C至1C的范围内逐步降低所述充电率。
6.根据权利要求5所述的充电方法，其中，所述降低所述充电率包括以3C、2C和1C的顺序逐步降低所述充电率。
7.根据权利要求1所述的充电方法，其中，所述第一充电电压具有从4.080V至4.095V的范围。
8.根据权利要求1所述的充电方法，其中，在无时间差的情况下改变所述充电率。
9.根据权利要求1所述的充电方法，其中，所述目标电压具有在等于或大于所述第一充电电压的范围内从4.090V至4.100V的范围。
10.根据权利要求1所述的充电方法，其中，所述二次电池是锂二次电池。
11.一种使用根据权利要求1所述的充电方法充电的二次电池。
12.根据权利要求11所述的二次电池，其中，所述二次电池是锂二次电池。
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