CN106324524A - 一种锂离子电池循环寿命的快速预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池循环寿命的快速预测方法，包括以下步骤：将待评价的电池进行不同循环次数的短期循环性能测试，记录不同循环次数及其对应的容量保持率；将经过不同循环次数后的电池拆解，并置于高温烘箱中烘烤，直至将电解液烘干去除，利用质量差减法计算电池在循环后电解液保有率；根据循环次数、容量保持率和电解液保有率的测试数据进行拟合计算，对电池的循环寿命进行预测。本发明与常规的循环寿命测试方法相比，简单易行，大大缩短了循环寿命的测试周期，而且与纯理论计算和经验模型预测相比，更具有普适性，与实际测试结果一致性更好。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池循环寿命测试技术领域，具体涉及一种锂离子电池循环寿命的快速预测方法。
背景技术
由于具有能量密度高，倍率和功率性能优异，循环寿命长以及安全环保等优点，锂离子电池作为重要的化学电源在我们的日常生活中有着广泛的应用。除了长期应用于传统的手机、便携式电脑等数码产品，锂离子电池的应用范围逐渐扩展到电动汽车、航空航天和储能等高新技术领域。
作为商业化的产品，锂离子电池必须通过各项严格的性能测试合格后方能投入使用，包括高低温性能测试、倍率性能、长期循环性能以及安全性能测试等。长期循环性能是衡量锂离子电池使用寿命重要指标，属于必不可少的检测项目，然而常规的循环寿命测试方法耗时极长，测试成本巨大，此外长期的测试时间也严重阻碍了电池新产品的开发和应用进程。为此，研究者们在锂离子电池循环寿命的快速测试技术领域进行大量的研究，例如公开号为CN102236078A的专利报道了检测确定锂离子电池负极材料的层间距并建立层间距与循环次数之间的测算关系式从而预测电池的循环寿命；公开号为CN103344917A的专利报道了根据电池样本的极化电压特性确定循环寿命快速测试的核电状态区间，并且逐步建立0-100％核电状态区间的循环寿命推演模型以及预测公式，从而估算出电池的循环寿命。这些已报道的循环寿命预测方法都有其本身的局限性，第一种方法仅仅考虑到负极材料的物理特性与循环次数的关系，忽视了正极材料、电解液等因素对锂离子电池循环寿命的影响，与实际测试结果偏差较大；第二种方法基于理论模型的计算结构预测电池寿命，计算复杂且不具有普适性。因此，如何快速准确地预测锂离子电池的循环寿命仍然是该领域亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池循环寿命的快速预测方法，该方法简单准确，不需要昂贵精密的测试设备和进行复杂的理论计算，经过短期的循环测试即可快速预测电池循环寿命，极大地降低了常规测试所产生的时间和资源浪费。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种锂离子电池循环寿命的快速预测方法，包括以下步骤：
(1)将待评价的电池进行不同循环次数的短期循环性能测试，记录不同循环次数及其对应的容量保持率；
(2)将经过不同循环次数后的电池拆解，并置于高温烘箱中烘烤，直至将电解液烘干去除，利用质量差减法计算电池在循环后电解液保有率；
(3)根据循环次数、容量保持率和电解液保有率的测试数据进行拟合计算，对电池的循环寿命进行预测。
所述的锂离子电池循环寿命的快速预测方法，步骤(1)中，所述循环次数为10～50次，停止循环测试后的电池处于放电状态。
所述的锂离子电池循环寿命的快速预测方法，步骤(2)中，所述烘烤条件为130℃真空烘烤8h。
所述的锂离子电池循环寿命的快速预测方法，步骤(2)中，所述电解液保有率指电池在烘烤前后损失质量与初始电解液中可挥发性电解液组分质量的比率。
所述的锂离子电池循环寿命的快速预测方法，步骤(3)中，所述拟合计算的方法，具体包括以下步骤：
(31)根据电解液保有率以及相应的容量保持率进行拟合得到线性函数关系式：y＝1.8996x-0.9016，其中x表示容量保持率，y表示电解液保有率；
(32)根据电池循环次数以及相应地电解液保有率进行拟合得到线性函数关系式：y＝-0.00085x+1，其中，x表示电池循环次数，y表示电解液保有率；
(33)计算电池容量保持率为80％时对应的电池循环次数
由上述技术方案可知，本发明方法不需要昂贵精密的测试设备和进行复杂的理论计算，经过短期的循环测试即可快速预测电池循环寿命，极大地降低了常规测试所产生的时间和资源浪费。本发明基于电池循环过程中电解液保有率对容量保持率的影响，通过短期循环中实测数据的拟合计算预测电池寿命，与纯理论计算或经验模型计算相比，与实际测试结果的一致性更好，更具有普适性。
附图说明
图1是利用本发明进行50次循环测试中电解液保有率与容量保持率拟合关系图；
图2是利用本发明进行50次循环测试中电解液保有率与循环次数拟合关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
一种锂离子电池循环寿命的快速预测方法，具体包括以下步骤：
S1：将待评价的电池置于要评价的循环条件下进行不同循环次数的循环性能测试，记录不同循环次数及其对应的容量保持率，停止循环测试后的电池处于放电状态。
S2：将经过不同循环次数后的电池拆解，并置于130℃真空高温烘箱中烘烤8小时，直至将电解液烘干去除，利用质量差减法计算电池在循环后电解液保有率；该电解液保有率指电池在烘烤前后损失质量与初始电解液中可挥发性电解液组分质量的比率。
S3：根据循环次数、容量保持率和电解液保有率的测试数据进行拟合计算，对电池的循环寿命进行预测；
如图1、2所示，所述拟合计算的方法，具体包括以下步骤：
S31：根据电解液保有率以及相应的容量保持率进行拟合得到线性函数关系式：y＝1.8996x-0.9016，其中x表示容量保持率，y表示电解液保有率；
S31：根据电池循环次数以及相应地电解液保有率进行拟合得到线性函数关系式：y＝-0.00085x+1，其中，x表示电池循环次数，y表示电解液保有率；
本实施例以电池电芯型号为5Ah软包电池为例，初始注入电解液中可挥发性组分质量为12.57g，循环测试条件是在25℃以0.5C倍率进行循环充放电实验，充放电模式为恒流恒压充电-搁置-恒流放电，充电截止电压为4.2V，放电截止电压为3.0V，搁置休眠时间为10min，使用的测试设备为5V/10A蓝电充放电仪。
选取10只同批次电池分别循环10次、20次、30次、40次、50次、100次、200次、300次、400次、500次，记录下相应地容量保持率，然后将这些电池置于高温烘箱中在130℃条件下烘烤8h，记录下烘烤前后电池质量变化并计算电解液保有率。为了更直观说明循环次数、容量保持率、电解液保有率之间的变动关系，本例测试数据汇总如下表1。
表1本例实验数据汇总
根据表1所列的10-50次循环时电池循环次数、容量保持率、电解液保有率的数据，可以对这些短期数据计算拟合并预测长期循环寿命。首先，以容量保持率为X轴，电解液保有率为Y轴做线性关系图，并用软件拟合出线性关系式y＝1.8996x-0.9016，如图1所示，据此关系式可以计算出电池容量保持率为80％时的电解液保有率为0.6181；其次，以电池循环次数为X轴，电解液保有率为Y轴，做线性关系图，并用软件拟合出线性关系式y＝-0.00085x+1，如图2所示，将上一步计算得到的电解液保有率数值0.6181代入此关系，可计算得到电池容量保持率为80％时对应的循环寿命为449次，由表1可以看出在实际测试中该批次电池容量衰减至80％时循环次数为475次，相对误差约为5.5％，可见本发明方法对锂离子电池循环寿命预测结果较为准确。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种锂离子电池循环寿命的快速预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待评价的电池进行不同循环次数的短期循环性能测试，记录不同循环次数及其对应的容量保持率；
(2)将经过不同循环次数后的电池拆解，并置于高温烘箱中烘烤，直至将电解液烘干去除，利用质量差减法计算电池在循环后电解液保有率；
(3)根据循环次数、容量保持率和电解液保有率的测试数据进行拟合计算，对电池的循环寿命进行预测。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池循环寿命的快速预测方法，其特征在于：步骤(1)中，所述循环次数为10～50次，停止循环测试后的电池处于放电状态。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池循环寿命的快速预测方法，其特征在于：步骤(2)中，所述烘烤条件为130℃真空烘烤8h。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池循环寿命的快速预测方法，其特征在于：步骤(2)中，所述电解液保有率指电池在烘烤前后损失质量与初始电解液中可挥发性电解液组分质量的比率。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池循环寿命的快速预测方法，其特征在于：步骤(3)中，所述拟合计算的方法，具体包括以下步骤：
(31)根据电解液保有率以及相应的容量保持率进行拟合得到线性函数关系式：y＝1.8996x-0.9016，其中x表示容量保持率，y表示电解液保有率；
(32)根据电池循环次数以及相应地电解液保有率进行拟合得到线性函数关系式：y＝-0.00085x+1，其中，x表示电池循环次数，y表示电解液保有率；
(33)计算电池容量保持率为80％时对应的电池循环次数。
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