CN107064812B - 电池内部水分含量的测试方法 - Google Patents

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    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/3865—Arrangements for measuring battery or accumulator variables related to manufacture, e.g. testing after manufacture

Abstract

本发明涉及一种电池内部水分含量的测试方法，包括以下步骤：S10、以第一电流对电池进行恒流充电，充电至所述电池的电压达到第一电压，获取恒流充电量；S20、以所述第一电压对所述电池进行恒压充电，充电至充电电流达到第二电流，获取恒压充电量；S30、所述恒流充电量和恒压充电量之和为充电总量，计算所述恒流充电量和所述充电总量的比值；S40、根据所述比值获得所述电池的内部水分含量等级。本发明通过测试得到恒流充电比来体现同一设计工艺下的电池内部水分含量情况，不需要将电池拆解，非常地方便、快速。

Description

电池内部水分含量的测试方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术，更具体地说，涉及一种电池内部水分含量的测试方法。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。目前，在锂离子电池的制造过程中，极片中水分是必须严格控制的，极片中水分对锂离子电池影响极大，主要是电池内部的水分会与电池内部的电解液发生反应，消耗电解液，降低电池导离子性，易造成锂电池的失效。电池中水分含量较高会导致电池胀气、极化增大、容量衰减、循环性降低等等多方面问题。因此，在锂离子电池的制作过程中，必须严格控制环境的湿度和电池电芯的含水量，提高电池电化学性能。
传统的电池电芯的水分测量方法一般采用卡尔费休水分测定仪对电芯水分进行评测，这种水分仪适用于固体、液体和气体样品。采用卡尔费休水分测定仪对电芯水分进行评测的方法重现性佳，准确度高，但需要破坏拆解电芯后取样测试，取样环境要求严格，且无法精确对每个电芯进行监控。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能方便快速地测定电池内部水分含量的测试方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电池内部水分含量的测试方法，包括以下步骤：
S10、以第一电流对电池进行恒流充电，充电至所述电池电压达到第一电压，获取恒流充电量；
S20、以所述第一电压对所述电池进行恒压充电，充电至充电电流达到第二电流，获取恒压充电量；
S30、所述恒流充电量和恒压充电量之和为充电总量，计算所述恒流充电量和所述充电总量的比值；
S40、根据所述比值获得所述电池的内部水分含量等级。
优选地，所述第一电流为0.2C电流，所述第一电压为3.65V，所述第二电流为0.05C电流。
优选地，所述根据所述比值获得所述电池的内部水分含量等级，包括：
所述恒流充电量和所述充电总量的比值与所述电池的内部水分含量成反比关系。
优选地，对所述电池重复执行所述步骤S10至步骤S30，得到多个所述恒流充电量和所述充电总量的比值，计算所述多个比值的平均值，作为所述电池的恒流充电量和充电总量的比值。
优选地，所述获取恒流充电量，包括：
根据以第一电流对所述电池进行恒流充电期间的电压、充电时间，结合所述第一电流得到所述恒流充电量。
优选地，所述获取恒压充电量，包括：
根据以第一电压对所述电池进行恒压充电期间的电流、充电时间，结合所述第一电压得到所述恒压充电量。
优选地，在所述步骤S10之前，还包括步骤：
a、以第三电流对所述电池进行恒流充电，充电至所述电池的电压达到第三电压；
b、切换至以所述第三电压对所述电池进行恒压充电，充电至充电电流达到第四电流，停止对所述电池充电；
c、以第五电流对所述电池进行放电，直至电池电量全部放空。
优选地，所述第三电流为0.2C电流，所述第三电压为3.65V，所述第四电流为0.05C电流，所述第五电流为1C电流。
实施本发明的测试方法，具有以下有益效果：由于水分含量越高，电池恒流充电比越小，本发明通过测试得到恒流充电比(恒流充电量占充电总量的百分比)来体现同一设计工艺下的电池内部水分含量情况，不需要将电池拆解，非常地方便、快速，同时可以监测到每个电池内部水分含量情况。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明电池内部水分含量的测试方法的程序流程图；
图2是恒流充电比和电池容量关系图；
图3是对不同容量的电池进行拆解得到的实验结果图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
一种电池内部水分含量的测试方法，包括以下步骤：
S10、以第一电流对电池进行恒流充电，充电至电池的电压达到第一电压，获取恒流充电量。
优选地，第一电流为0.2C电流。应该知晓的是，本文中所说的C均是指电池充放电电流为额定电流的倍率，例：50Ah电池以0.1C电流放电，表示放电电流为50*0.1＝5A。
该步骤S10中所述的获取恒流充电量，包括：根据以第一电流对电池进行恒流充电期间的电压、充电时间，结合第一电流得到恒流充电量。可根据电量公式Q＝UIt得到恒流充电量，此处U为以第一电流对电池进行恒流充电期间的电压，I为第一电流，t为以第一电流对电池进行恒流充电的时间。可以理解的，恒流充电量可以由设备直接读取。
S20、以第一电压对电池进行恒压充电，充电至充电电流达到第二电流，获取恒压充电量。优选地，第一电压为3.65V，第二电流为0.05C电流。
该步骤S20中所述的获取恒压充电量，包括：根据以第一电压对电池进行恒压充电期间的电流、充电时间，结合第一电压得到所述恒压充电量。可以理解的，恒压充电量可以由设备直接读取。
S30、恒流充电量和恒压充电量之和为充电总量，计算恒流充电量和充电总量的比值。其中，恒流充电量和充电总量的比值是指以恒流充电量比上充电总量的比值，即恒流充电比。
S40、根据比值获得电池的内部水分含量等级。优选地，根据比值获得电池内部水分含量，包括：恒流充电量和充电总量的比值与电池的内部水分含量成反比关系。恒流充电比越大，电池内部水分含量越低。例如，假设恒流充电比在0.95-0.99对应电池的内部水分含量等级为A级，则当电池的恒流充电量和充电总量的比值为0.96时，该电池的内部水分含量等级为A级。可以理解的，等级可以根据电池类型进行划分，还可以设定电池的内部水分含量值在某一区间内时，对应一个等级。
进一步地，还可以对电池重复执行步骤S10至步骤S30，得到多个恒流充电量和充电总量的比值，计算多个比值的平均值，作为电池的恒流充电量和充电总量的比值。通过重复测试一个电池的恒流充电比值，求得多个恒流充电比的平均值再作比对，有利于提高测试结果的准确性。可以理解的，也可以直接由电池的单个恒流充电比进行比对，获得该电池的内部水分含量等级。
本发明中，如果被测试的电池为新生产的电池，则在步骤S10之前，还包括以下步骤：
a、以第三电流对电池进行恒流充电，充电至电池电压达到第三电压。优选地，第三电流为0.2C电流，第三电压为3.65V。
b、切换至以第三电压对电池进行恒压充电，充电至充电电流达到第四电流，停止对电池充电；优选地，第四电流为0.05C电流。
c、以第五电流对电池进行放电，直至电池电量全部放空。优选地，第五电流为1C电流。
预先进行步骤a-c的操作，可以使电池内部稳定，使后续测试结果更准确。
如果被测试的电池为新生产的电池，则在步骤S40之后，还可以进行以下步骤：
S50、以第六电流对电池进行放电，直至电池电量全部放空；
S60、以第七电流对电池充电，到预定的充电量百分比(SOC)。SOC(State ofCharge)，即荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0～1，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满。
优选地，第六电流为1C电流，第七电流为1C电流。预定的充电量百分比优选地为50％，当然也可以是其他充电量百分比，例如40％、30％等，本发明对此并不限制，可以随意设定。
下面以27Ah的新电池为例，来说明本发明的实施方式之一：
以0.2C(5.4A)电流对电池进行恒流充电，充电至电压3.65V；以3.65V的电压对电池恒压充电，截止电流0.05C(1.35A)；以1C(27A)的电流对电池进行放电，直至电压达到2.0V；以1C(27A)的电流对电池进行恒流充电，充电至电池电压达到3.65V，获取恒流充电量；以3.65V电压对电池进行恒压充电，充电至充电电流达到0.05C(1.35A)，获取恒压充电量；获取恒流充电量和充电总量的比值，根据所述比值获得电池的内部水分含量等级。
参阅图2，R2＝0.857(R表示相关系数)，表明电池的容量与恒流充电比呈现强线性关系。
根据图2所呈现的结果，本发明选取了不同容量的电池进行拆解，结果如图3所示。
如图3所示，可知黑斑等级和电池容量呈反比关系，黑斑等级和恒流充电比成反比关系，即恒流充电比越大，黑斑等级越低。电池内部负极黑斑造成了电池低容现象，因此电池内部的黑斑情况可以通过恒流充电比来体现。电池负极片黑斑现象是由于在预充分容阶段正极片与负极片无法形成良好的离子通路，造成部分负极没有参与反应，而呈黑色状态(在电池满电状态下负极为亮黄色，负极本身为石墨呈黑色)。在控制电池的制造工艺、来料一样的条件下，在电池内部造成正负极接触不良的因素是由于在预充阶段电池内部产气，气体阻碍了正负极片的接触导致黑斑形成，而水分是导致电池内部产气的重要原因，水分越多，越容易形成黑斑。
本发明将一批电池进行了拆解，并对电池内部电解液水分含量进行了测试。电池内部电解液水分含量的测试结果如下表1所示：
表1.电池内部电解液水分含量的测试结果
电池电芯条码 容量/Ah 恒流充电比 黑斑等级 电解液水分含量/ppm
D27P160328A0136 26.996 95.07％ 3.95 94
D27P160328A0348 27.5 95.44％ 2.54 69
D27P160328A0319 27.996 95.73％ 1.36 52
D27P160328A0171 28.51 97.56％ 0.27 39
D27P160328A0322 29.177 98.33％ 0 36
从表1中可以看到，黑斑等级与电解液内部水分含量成正比关系，黑斑等级与恒流充电比成反比关系，电解液内部水分含量与恒流充电比成反比关系。
综上可以得到，在同种设计及工艺条件下，可以通过恒流充电比来体现批量电池电芯内部水分含量水平。
本发明电池内部水分含量的测试方法通过恒流充电比来体现电池内部水分含量，方便操作，无需对电池进行拆解；使用本发明的测试方法可以针对量产型号电池在分容工序进行水分监控，对在电池生产过程中的水分控制及不良品电池挑出有指导意义。另外，本发明对于电池实验阶段及样品阶段的电池挑选、性能评估也有着重要的意义。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种电池内部水分含量的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、以第一电流对电池进行恒流充电，充电至所述电池的电压达到第一电压，获取恒流充电量；其中，所述第一电流为0.2C电流，所述第一电压为3.65V；
S20、以所述第一电压对所述电池进行恒压充电，充电至充电电流达到第二电流，获取恒压充电量；其中，所述第二电流为0.05C电流；
S30、所述恒流充电量和恒压充电量之和为充电总量，计算所述恒流充电量和所述充电总量的比值；
S40、根据所述比值获得所述电池的内部水分含量等级；包括：所述恒流充电量和所述充电总量的比值与所述电池的内部水分含量成反比关系。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，对所述电池重复执行所述步骤S10至步骤S30，得到多个所述恒流充电量和所述充电总量的比值，计算所述多个比值的平均值，作为所述电池的恒流充电量和充电总量的比值。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述获取恒流充电量，包括：
根据以第一电流对所述电池进行恒流充电期间的电压、充电时间，结合所述第一电流得到所述恒流充电量。
4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述获取恒压充电量，包括：
根据以第一电压对所述电池进行恒压充电期间的电流、充电时间，结合所述第一电压得到所述恒压充电量。
5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，在所述步骤S10之前，还包括步骤：
a、以第三电流对所述电池进行恒流充电，充电至所述电池的电压达到第三电压；
b、切换至以所述第三电压对所述电池进行恒压充电，充电至充电电流达到第四电流，停止对所述电池充电；
c、以第五电流对所述电池进行放电，直至电池电量全部放空。
6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，所述第三电流为0.2C电流，所述第三电压为3.65V，所述第四电流为0.05C电流，所述第五电流为1C电流。
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