CN106207265B - 一种提高锂离子电池一致性的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于一种生产控制方法，本发明要求保护一种提高锂离子电池一致性的制备方法。本发明制备得到的电池大大提高了电池的真实一致性，延长电池使用寿命，提高电池性能。

Description

一种提高锂离子电池一致性的制备方法
技术领域
本发明涉及电动汽车，特别涉及一种电动汽车动力锂离子电池的制造一致性控制领域。
背景技术
锂离子电池目前是电动汽车车载储能动力源的首选，这主要得益于它具有的诸多优点，比如高的能量密度、高功率密度、低自放电、长寿命、免维护。在现有动力电池技术水平下，电动汽车必须使用大量电池串并联形成电池组来满足使用要求，但是动力电池组实际使用时，性能指标往往达不到单只电芯的水平，循环寿命更是缩短数倍甚至十倍。分析是由于电池的高度非线性，电池之间也存在制造工艺、材质、使用环境、连接方式等差异，电池单体之间存在不一致。即使同一类型、同一规格、同一型号的电芯在电压、内阻、容量、自放电等方面也存在差别。这就需要电池组合使用时，要经过严格的配组，而配组，就需要设计一致性检测方法，这方面有相当多的工作。而设计的一致性检测方法，则很难考虑到方方面面的，也很难说哪种一致性检测方法测试的结果就真的代表电池的一致性，而各种一致性参数之间，也只能这个一致性参数配得好一些，那个一致性参数就会差一些。再好的一致性检测方法和配组，首先也得有能够满足一致性要求的电池芯生产。
因此，开发生产技术提高出产动力电池的一致性，就成为一种努力的方向，专利申请201110183273.0做了有益的探索，其方法是控制单节电池内正极片的总重量和负极片的总重量。不过这种方法并没有触及提高锂离子动力电池制造一致性的本质。电池组的一致性，指的是串联成组的各节之间各种性能的一致性。如果在生产技术水平同等的条件下，每个控制单元之间的离散程度用正态分布来表示，一个正态分布用两个参数可以完全确定，就是平均值μ和标准差σ，如图2所示。标准差代表了一个参数的离散度，这个由3σ原理可以看出，超出[μ-3σ,μ+3σ]这个范围的不到千分之三。但是如果串联的一节改为N个小控制单元并联，那么得到的均值不变，标准差σ变为原来的N的平方根，串联各节的一致性大大增加，以电动大巴为例，每节350Ah如果以一个350Ah的电芯来作为一致性控制单位，其参数的标准差为σ0，如果能够使用175个2Ah的小电芯并联，每个2Ah的小电芯作为一致性控制单元，则参数的标准差会变为σ0/13。而不把整个电芯作为一个控制单元，而把电芯内部的某个制造单元作为一致性控制单位，整节电芯扩展到10000个一致性控制单元，则参数的标准差会变为σ0/100。以现有技术容量控制的精度[-0.97μ，1.03μ]为例，可以认为σ约等于1％μ，350Ah的电池芯容量离散区间为[339.5Ah,360.5Ah]，而扩展到10000个控制单元并联后，串联一节350Ah的容量分布区间为[349.9,350.1]。组内不同结间的容量差异为万分之三，远远超过了千分之一的容量差异的配组标准。
现有技术都是以一个电芯为一致性控制单元，不能解决提高锂离子动力电池一致性提高的要求。
发明内容
本发明目的是提供一种生产控制方法，提高动力锂离子电池产品的一致性。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种提高锂离子电池一致性的制备方法，其包括如下步骤：
(1)确定一致性要求，即电池串联成组的标准σ，
(2)标定锂离子电池产线的一致性控制能力σc，
(3)确定需要并联的单元电池数n＝(σ/σc)2，
(4)以电池组的容量C要求除以需要并联的单元电池数(σ/σc)2，得到一致性控制单元的容量C/n，
(5)按照一致控制单元的容量设定控制单元，
(6)按照产线的正常工艺进行锂离子电池生产，且将步骤(5)中设定的控制单元作为检测对象。
本发明优选的技术方案中，所述步骤(1)中，电池串联成组的标准，不同节允许的参数差异为容量千分之一。
本发明优选的技术方案中，所述步骤(2)中，以电芯为一致性控制单元，其容量差异为3％。
本发明优选的技术方案中，所述步骤(3)中，当锂离子电池产线的一致性能力为3％，而要求一致性为0.1％，则标准差σ需要降低30倍，并联数量要求900。
本发明优选的技术方案中，所述步骤(4)中，所述控制单元为极片组、极片或极片上的一个区域。
本发明的实质是降低一致性控制的单位，利用尽可能多的一致性控制单位配组并联来提高电池的一致性，并在前端对一致性进行尽可能有效的测试和控制。现有技术一般是以一个电池芯为控制单位，本发明降低到对于极片的一致性检测方法和控制，乃至极片上一个单位面积的一致性检测和控制，对于特殊要求，可以控制到各种物料颗粒的一致性。
本发明是一种逼近一致性实质的方法，本发明的优点在于：
1.可以根据电池组的一致性要求来进行生产设计，一致性可以预先设计。
2.本发明制备得到的电池大大提高了电池的真实一致性，延长电池使用寿命，提高电池性能。
附图说明
图1为细化一致性控制单位的示意图。
图2为细化一致性控制单位的效果示意图，可用于计算一致性控制的单元采用多大容量的单位。
图3一致性设计过程示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和说明书附图对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的品种可以根据具体厂家的要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例1 倍率型锰酸锂44安时177串电池组的制备方法的提高一致性方法，其包括如下步骤：
1.明确一致性要求，即电池串联成组的标准，不同节允许的参数差异，比如容量0.5％，
2.标定产线的一致性控制能力，比如以电芯为一致性控制单元，其容量差异为3％，
3.确定需要并联的单元数，比如产线的一致性能力为3％，而要求0.5％，则标准差σ需要降低6倍，并联数量要求36，
4.以电池组的容量要求除以需要并联的单元数，得到一致性控制单元的容量44/36＝1.22Ah，
5.按照一致控制单元的容量设定控制单元，根据每片极片设计0.41Ah，确定3对极片组成的极片组为一致性控制单元，
6.按照产线的正常工艺进行生产，将步骤5中设定的控制单元作为检测对象。
实施例2
一种提高锂离子电池一致性的制备方法，其包括如下步骤：
(1)合浆，分别检测正极浆料和负极浆料的粒度分布、密度、浓度、电阻率参数，来控制浆料的一致性；
(2)涂布，将混合均匀的正极浆料涂布到正极集流体上，将混合均匀的负极浆料涂布到负极集流体上，分别检测面密度、涂布厚度、附着力参数，来控制极片涂布每个单位面积的一致性；
(3)极片的分切，将步骤(2)得到的正极集流体和负极集流体分别进行精细的分切，分别获得尺寸一致的正极极片和负极极片，以此控制极片之间的一致性；
(4)将切好的正极片和负极片，根据重量、吸液量、预化成的容量内阻电压自放电率参数进行一致性检测；
(5)根据一致性检测结果，对极片进行配组；
(6)配好组的极片做成一个电芯。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高锂离子电池一致性的制备方法，其包括如下步骤：
(1)确定一致性要求，即电池串联成组的标准差σ，
(2)标定锂离子电池产线的一致性控制能力σc，
(3)确定需要并联的单元电池数n＝(σ/σc)2，
(4)以电池组的容量C要求除以需要并联的单元电池数(σ/σc)2，得到一致性控制单元的容量C/n，
(5)按照一致控制单元的容量设定控制单元，
(6)按照产线的正常工艺进行锂离子电池生产，且将步骤(5)中设定的控制单元作为检测对象。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，电池串联成组的标准，不同节允许的参数差异为容量千分之一。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，如以电芯为一致性控制单元，其容量差异为3％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，当锂离子电池产线的一致性能力为3％，而要求的锂离子电池产线一致性能力为0.1％，则标准差σ需要降低30倍，并联数量要求900。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述控制单元为极片组、极片或极片上的一个区域。
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