CN107710545A - 预测电池充电极限的方法和使用该方法对电池迅速充电的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供用于预测电池充电极限从而不导致Li析出的方法以及通过使用所述预测方法而使得能够对电池快速充电的电池充电方法和设备。根据本发明的用于预测单体充电极限的方法包括以下步骤：(a)制造三电极单体，其具有单元单体和参考电极；(b)在对三电极单体充电的同时测量根据SOC的负极电位(CCV)；以及(c)将负极电位在不下降的情况下开始变成恒定的点确定为Li析出的发生点，并且将所述Li析出的发生点设定为充电极限。

Description

预测电池充电极限的方法和使用该方法对电池迅速充电的方 法和设备
技术领域
本公开涉及一种电池充电方法和设备，并且更具体地，涉及一种使用逐步充电电流减小以增大电池的寿命并对电池快速充电的快速电池充电方法和设备。本申请要求在韩国于2015年8月18日提交的第10-2015-0116247号韩国专利申请的优先权，该申请的公开通过引用并入本文。
背景技术
当前，因为对例如膝上型计算机和移动电话的便携式电子产品的需求迅速增加，并且对电动推车、电动轮椅、电动自行车等的需求也增加，所以正对重复可再充电的高性能电池积极进行研究。此外，由于碳能源的逐渐耗尽以及对环境的增加的关注，对混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)的全球需求增加。因此，较多的关注和研究集中于作为HEV或EV的主要部分的电池，并且迫切需要能够在高速下对电池充电的快速充电技术的发展。具体地说，针对不具有额外能源的EV，快速充电是非常重要的性能因素。
用于对电池充电的过程包含将电流供应到电池以在其中积聚电荷和能量，并且需要小心控制。通常，过大充电速率(C速率)或充电电压可永久恶化电池的性能，并最终导致完全故障或突然故障，例如，爆炸或腐蚀性化学材料的泄漏。
常规电池充电方法包含：用于自始至终以恒定电流对电池充电的恒定电流(CC)充电方法；用于自始至终以恒定电压对电池充电的恒定电压(CV)充电方法；以及用于在开始时以恒定电流对电池充电并且以后以恒定电压对电池充电的恒定电流-恒定电压(CC-CV)充电方法。
在CC充电方法中，在开始时，电压差是大的，并且因此高电流流动。虽然在快速充电方面，高充电电流是期望的，但如果以高电流对电池持续充电，那么充电效率可减小，并且电池的寿命可被影响。此外，在CC充电方法中，因为在充电的开始时流动的电流在完成充电之后持续流过电池，所以由于锂离子的特性而发生锂(Li)析出(plating)，并且因此引起了失去过充电控制功能的安全问题。因此，电池应紧接在对电池完全充满之后从充电器拆开。在CV充电方法中，当对电池完全充满时，端子电压由于电池的温度的变化以及加热而大大改变，并且因此，恒定电压值可能不容易被预先设定。此外，因为通常以约15.5至16V对电池充电持续20至24个小时，所以充电时间长。
最常见使用的方法是CC-CV充电方法，其中当对电池大量放电时，以恒定电流对电池充电，并且接着当对电池几乎完全充满时，以恒定电压充电，因此防止过充电。当“C”以电荷单位(通常由Q表示)A·h表示电池容量时，以安培为单位的电流被选择为C的分数(或倍数)。通常以高达1C对电池充电。例如，具有700mAh的容量的Li电池在约1小时30分钟之后完全充满。然而，在此充电方法中，应在适用于在充电器的充电容量的条件下、在良好通风的场所并且在约25℃的室温下对电池充电。
CC充电方法对于快速充电来说是最有利的。然而，当以高充电电流密度对电池快速充电时，Li没有嵌入(intercalate)到负电极中而是沉积在负电极上，并且因此发生Li析出。此外，所沉积的Li可导致问题，例如，与电解质的副反应以及电池的动力学平衡的改变，并且可最终导致电池的恶化。因此，需要能够在不导致Li析出的情况下对电池快速充电的技术。
发明内容
技术问题
本公开被设计成解决现有技术的问题，并且因此，本公开涉及提供预测电池充电极限以不导致锂(Li)析出的方法。
本公开还涉及提供能够基于电池充电极限而对电池快速充电的电池充电方法和设备。
技术解决方案
在本公开的一个方面中，提供电池充电极限预测方法，包括(a)制造三电极单体，三电极单体包括单元单体和参考电极，(b)在对三电极单体充电的同时测量基于荷电状态(SOC)的负电极电位(CCV)，以及(c)将负电极电位不下降而是开始恒定的点确定为锂(Li)析出发生点，并且将Li析出发生点设定为充电极限。
具体地，负电极电位梯度在基于SOC的负电极电位的曲线图中改变的点可被设定为充电极限。
在不同充电速率下的充电极限可通过在所述充电速率下重复执行操作(b)和(c)来获得，并且充电协议可通过组合所述充电极限来获得。
在本公开的另一方面中，还提供通过如下步骤来对电池充电的电池充电方法：将电池的负电极电位在高于1C的初始充电速率下不下降而是开始恒定的点设定为锂(Li)析出发生点，将Li析出发生点设定为充电极限，以及当达到充电极限时以逐步方式减小充电速率。
具体地，负电极电位不下降而是开始恒定并且负电极电位梯度改变的点可被设定为充电极限。初始充电速率可以是1.5C至5C。
当在充电期间达到充电极限时，充电速率可减小至下一充电速率，并且充电可被执行，直到电池的荷电状态(SOC)是80％为止。
在本公开的另一方面中，还提供电池充电方法，包括：通过在三电极单体的测试中在不同充电速率下测量基于荷电状态(SOC)的负电极电位而获取数据，三电极单体包括单元单体和参考电极；获得用于通过将负电极电位不下降而是开始恒定的点确定为锂(Li)析出发生点并且将Li析出发生点设定为充电极限而以逐步方式改变充电速率的协议；以及基于该协议来对电池充电。
在此情况下，负电极电位不下降而是开始恒定并且负电极电位梯度改变的点可被设定为充电极限。
用于获取数据的充电速率的范围可以是从0.25C至5C。协议可包括高于1C的初始充电速率。
协议可包括1.5C至5C的初始充电速率。
协议可包括以逐步方式减小的充电速率以及在每一充电速率下充电之后的充电电压信息。
在本公开的另一方面中，还提供电池充电设备，包括：电力供应单元，电力供应单元被配置成输出从商业电源输入的充电电压；以及电池充电单元，电池充电单元被配置成通过将从电力供应单元输入的充电电压作为充电电流输出到电池而对电池充电，并且通过在电池的充电电压达到预设的水平时改变充电电流而将输出到电池的充电电流控制为以逐步方式改变，其中电池充电单元通过基于协议而以逐步方式调整充电电流来对电池充电，该协议用于通过将电池的负电极电位不下降而是开始恒定的点确定为锂(Li)析出发生点并且将Li析出发生点设定为充电极限而以逐步方式改变充电速率。
有利效果
本公开提出用于通过如下而以逐步方式改变充电速率的协议：将负电极电位在恒定电流(CC)充电期间不再下降而是开始恒定并且使负电极电位下降的速度改变的点确定为锂(Li)析出发生点，将Li析出发生点设定为充电极限，以及当达到充电极限时将充电速率改变为下一充电速率。如果通过基于该协议而以逐步方式调整充电电流来对电池充电，那么可通过防止Li析出在负电极上的发生来对电池快速充电。
因此，根据本公开，可通过将负电极电位不下降而是开始恒定的点确定为Li析出发生点并且将Li析出发生点设定为充电极限来防止在电池的负电极上发生Li析出，并且因此电池的寿命可增加并且电池可被快速充电。
因为在不导致Li析出的情况下对电池充电，所以可防止例如所沉积的Li与电解质之间的副反应以及电池的动力学平衡的改变等问题，并且也可防止电池的恶化。因为只要不导致Li析出，便以高充电速率对电池充电，所以可对电池快速充电。
负电极电位不下降而是开始恒定的点可每个单体而不同。本公开没有因忽略每一单体的特性而提出同等地应用于所有单体的充电极限，而是提出通过基于三电极单体的测试准确地检查在充电期间发生Li析出的条件来针对每一单体优化的充电方法。
附图说明
附图图示本公开的优选实施例，并与前述公开一起用于提供本公开的技术概念的进一步理解，并且因此本公开不被解释为限于附图。
图1是根据本公开的电池充电极限预测方法的流程图。
图2示出用于本公开的测试的袋型三电极单体的结构。
图3是根据本公开的测试基于荷电状态(SOC)的负电极电位曲线图，并且还示出原位(in-situ)可视化分析的结果。
图4是基于图3而获得的dV/dQ曲线图。
图5是用于比较寿命循环以示出根据本公开的充电极限预测方法的有效性的曲线图。
图6是根据本公开的电池充电方法的流程图。
图7示出基于充电速率的负电极电位以及基于所述负电极电位在协议充电期间获得的负电极电位。
图8是示出在使用根据本公开的方法对电池充电的情况下基于时间的充电速率(充电电流)的曲线图。
图9是用于比较基于根据本公开的使用逐步充电电流减小的充电方法以及常规的恒定电流-恒定电压(CC-CV)充电方法的电池寿命的曲线图。
具体实施方式
下文中，将通过参照附图来解释本公开的实施例而详细描述本公开。然而，本公开可按许多不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例，相反，这些实施例被提供以使得本公开将是详尽且完整的，并且将向本领域的技术人员全面传达本公开的概念。
恒定电流(CC)型快速充电的最大问题是由于负电极的表面上的锂(Li)析出引起的单体恶化。当充电电流密度(充电速率或充电电流)高时且当温度低时，Li析出严重地发生。如果充电电流密度降低以防止Li析出，那么不能实现期望充电速率。本公开可提供能够在不导致电池中的Li析出的情况下缩短充电时间的技术。
图1是根据本公开的电池充电极限预测方法的流程图。
参照图1，最初，制造三电极单体(s1)。
三电极单体用于对二次电池研究以检查负电极和正电极的操作，并且包含单元单体和参考电极。三电极单体可采用一般众所周知的结构。图2示出用于本公开的测试的袋型三电极单体10的结构。
三电极单体10通过以下来制造：将分隔物40布置在负电极20与正电极30之间，并且将参考电极60插入在分隔物40之间。参考电极60可具有如同负电极20或正电极30的板形状，或者具有如在图2中所图示以更准确地检测电流的流动的线形状。例如，图2图示线型参考电极60，线型参考电极60包含涂覆有绝缘层50的铜线55。因为充当第三电极而不管极化的参考电极60设置在电池中，并且其它电极20和30中的每一个电极的极化可通过从所述电极测量电位差来原位分析，所以三电极单体10是有用的分析工具。
负电极20、正电极30和电解质(未示出)配置单元单体。例如，负电极20包含：基于石墨的负电极活性材料(例如石墨)；导电材料，导电材料相对于按负电极活性材料的重量的100份具有按重量的1至5份；以及聚合物粘合剂，聚合物粘合剂具有按重量的1至5份。正电极30包含：正电极活性材料(例如LiCoO2)；导电材料，导电材料相对于按正电极活性材料的重量的100份具有按重量的1至5份；以及聚合物粘合剂，聚合物粘合剂具有按重量的1至5份。电解质具有一般成分。单元单体和参考电极60被容纳在袋中。
接着，在对步骤s1中所制造的三电极单体充电的同时观察基于负电极电位(CCV)的充电特性(s2)。可使用例如如在图3中所示的基于荷电状态(SOC)的负电极电位曲线图来描述观察的结果。图3示出当以充电速率3C对图2中所图示的三电极单体10充电时获得的结果。
通常，在充电期间，因为Li嵌入到负电极活性材料中，所以级段(stage)降低并且负电极电位下降。在此情况下，如果充电电流密度增大，那么虽然级段没有被良好观察到，但负电极电位由于Li的嵌入和电阻的增大而持续下降。图3的结果示出负电极电位从约0.75V逐渐下降并下降至低于0V，并且接着随着充电持续而降低至约-0.45V。
然而，Li嵌入到负电极活性材料中的反应以及发生Li析出的反应在充电期间竞争性地发生。本发明人已通过重复测试发现，当在充电期间发生Li析出时，Li不能嵌入到负电极活性材料中，并且因此负电极电位不下降，而是在此后恒定地被维持。因此，本公开提出将负电极电位在充电期间不下降而是开始恒定的点确定为Li析出发生点。
在图3中，在某点(例如点B)之后观察到负电极电位具有几乎平坦的平稳段(plateau)的区域。在此情况下，确定没有嵌入到负电极活性材料中的Li离子析出在电极表面上(在负电极与分隔物之间)。因此，在图3的曲线图中，点B被设定为充电极限。
为了在实际充电期间检查负电极电位的变化并且在充电期间检查电极状态，在对图2中图示的三电极单体10充电的同时执行原位可视化分析。针对原位可视化分析，三电极单体10位于电化学反应可视化共焦系统的表面观察块单元上，并且在充电/放电期间的充电/放电轮廓以及负电极嵌入被观察。ECCS B310用于此测试。图3的负电极电位-SOC曲线图也示出原位可视化分析的结果。
通常，基于石墨的负电极如上所述在充电期间经过几个级段，并且最终达到100％的SOC，其中Li离子完全插入在层之间。如果在此情况下执行了原位可视化分析，那么电极活性材料的颜色改变为金色。可在充电期间基于从灰色到蓝色、红色和金色的颜色改变来分析反应的分布。
在图3中，即使在负电极电位正下降的时段中，也没有在负电极电位是0V的点A'处在原位可视化分析结果中在分隔物与负电极之间观察到Li析出。也知道Li插入到负电极中，并且因此在负电极电位小于0V并接近根据本公开的充电极限的点A处在负电极的表面上没有观察到Li析出。
在点B和C之后观察到负电极电位具有几乎平坦的平稳段的区域。如在完全平坦的平稳段开始的点C'的原位可视化分析结果中所示，没有嵌入到活性材料中的Li离子作为Li金属而沉积并析出在电极表面上(在负电极与分隔物之间)。
为了更准确地找到Li析出发生点，如在图4中所示获得dV/dQ曲线图，并且将负电极电位梯度改变的点，即使负电极电位下降的速度改变的点(转折点)设定为发生Li析出的充电极限。
因此，在本公开中，将步骤s2的结果(即基于SOC的负电极电位曲线图)中负电极电位不下降而是开始恒定并且使负电极电位下降的速度改变的点(负电极电位梯度改变的点(转折点))设定为Li析出发生点(即充电极限)(s3)。
如果在另一充电速率下再次执行步骤s2和s3，那么可获得所述充电速率下的充电极限。因此，如果通过在不同充电速率下重复执行步骤s2和s3直到充电终止点为止(例如直到满足80％的SOC为止)而获得充电极限，则可通过组合所获得的数据来获得单体的充电协议。使用该充电协议的充电方法是根据本公开的快速充电方法。
因此，在根据本公开的充电极限预测方法中，制造三电极单体，观察基于负电极电位的充电特性，并因此计算在每一充电电流下执行充电时不发生Li析出的充电极限。因此，可通过如下步骤以逐步方式减小充电电流而对三电极单体充电：例如将负电极电位不下降而是开始恒定的点确定为充电极限并且在达到充电极限时在下一充电速率下对三电极单体充电。因此，可提供能够在不导致Li析出的情况下缩短充电时间的多步骤充电技术。
与例如“负电极电位应等于或大于0V(Li+/Li vs.0V)”的情况相比，上述方法持续充电，直到负电极电位下降至低于0V为止。参照图3，在Li+/Li vs.0V的情况下，因为负电极电位在约15％的SOC下是0V，所以可在相同充电电流密度下实现小SOC。然而，根据本公开，因为可在相同充电电流密度下实现高达30％的SOC，所以本公开的充电极限预测方法在短时间内需要大量充电的快速充电方面更加有效。
已执行测试以表明上述充电极限预测方法的有效性。袋型三电极单体10(参见图2)得以制造，并且到发生Li析出的点B(参见图3)以及到点B之前和之后的点A和点C的测试循环的结果示出在图5中。
电池的寿命指示电池能够使用多长时间，并且使用也被称为循环特性的循环来表示。也就是说，电池的寿命指示电池可再充电多少次。在电能方面，循环表示电池充满一次并被使用到完全放电状态的情况，并且循环的数目被称为寿命。
图5是示出基于循环的数目的容量的变化的曲线图。针对长寿命，电池的容量应不会大大减小，而是需要在大量的充电/放电循环之后恒定地保持。
如在图5中所示，当测试单体80个循环直到点C为止并接着拆卸时，观察到许多Li析出。相反，当测试单体80个循环直到点A或B为止时，没有观察到Li析出。此外，如在寿命测试结果中所示，被测试直到点C为止的单体的容量在20个循环之后减小至80％并接着在80个循环之后减小至低于64％。因此，在充电/放电期间(在执行充电直到点C为止时)发生的Li析出可使单体寿命特性恶化。如由本公开所提出，当通过将点B设定为充电极限而测试单体80个循环时，可保持单体的容量并且可防止单体的恶化，因此延长单体的寿命。
基于关于充电极限预测的上述测试结果的根据本公开的电池充电方法如下所述。
图6是根据本公开的电池充电方法的流程图。
参照图6，通过在不同充电速率下测量基于SOC的电池的负电极电位来获取数据(s10)。
可通过如下来执行步骤s10：基于根据本公开的上述电池充电极限预测方法来测试包含单元单体和参考电极的三电极单体。
当“C”以电荷单位(通常由Q表示)A·h表示电池容量时，以安培为单位的电流被选择为C的分数(或倍数)。例如，充电速率1C表示电池的完全充电容量在一个小时内被消耗或充满的充电/放电速度，或表示此时的电流密度。随着电子装置的功能当前多样化，由装置在某些时间内使用的电流的所需量大大增加。因此，用作其能源的电池需要高得多的性能。移动电话在过去主要需要C/2的充电速率和放电速率，但可在未来由于其增强的功能而需要1C的充电速率和放电速率。当前，用于膝上型计算机、电动车辆(EV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)等的电池需要等效的充电速率和高得多的放电速率。
高于1C的充电速率在快速充电方面是优选的。然而，如果在高电流下持续充电，电池可被过度加热，并且每一电极可由于电池的电阻而导致过电压状态。因此，应考虑到电池的类型和特性来确定充电速率。
用于获取数据的充电速率范围可基于电池的类型和特性而变化。例如，可通过将初始充电速率设定为1.5C而在从0.25C至1.5C的充电速率范围内获取用于EV的电池的数据。作为另一实例，可通过将初始充电速率设定为3C而在从0.25C至3C的充电速率范围内获取用于PHEV的电池的数据。初始充电速率和充电速率范围可不仅被电池的类型限制，还被车辆中实际使用的马达的最大电流限制。
如上所述，考虑到电池的特性，用于EV的电池可将其初始充电速率设定为1.5C，并且用于PHEV的电池可将其初始充电速率设定为3C。针对需要较高充电和放电速率的电池规格，初始充电速率可进一步增大到例如5C。因此，初始充电速率可以是1.5C至5C，并且根据本公开的用于获取数据的充电速率范围可以是从0.25C至5C。
如上所述，较多的关注和研究集中于作为HEV或EV的主要部分的电池，并且迫切需要能够在高速下对电池充电的快速充电技术的发展。车辆市场日益需要短充电时间并且因此较高初始充电速率是必要的。虽然初始充电速率的增大在快速充电方面是有利的，但由于上述问题，每一电极可在过度高充电速率下由于电池的电阻而导致过电压状态。此外，在过度高充电速率下，因为紧接在开始充电之后达到充电极限(例如在本公开中，0V以下的负电极电位)，所以总充电时间可能不会大大减少。因此，应改进电池的电阻特性以增大初始充电速率。本公开可针对与常规电池相比具有改进的电阻特性的电池而将初始充电速率增大至5C。
图7示出基于充电速率的负电极电位。如在图7中所示，可通过在将充电速率从3C改变为0.5C的同时测量基于SOC的负电极电位来获得曲线图。
此后，获得用于通过基于所获取的数据将电池的负电极电位不下降而是开始恒定的点设定为Li析出发生点而以逐步方式改变充电速率的协议(s20)。如果将负电极电位不下降而是开始恒定的点设定为Li析出发生点，那么在负电极上不引起Li析出。
例如，可获得图7中被指示为“分步充电”的协议以将负电极电位不下降而是开始恒定的点设定为Li析出发生点。当在3C的初始充电速率下执行充电时，Li析出在与30％的SOC对应的点处发生。因此，充电速率改变为2.5C的下一充电速率。当在所改变的充电速率下执行充电时，Li析出在与37％的SOC对应的点处发生。因此，充电速率改变为2.0C的下一充电速率。当在所改变的充电速率下执行充电时，Li析出在与61％的SOC对应的点处发生。因此，充电速率改变为1.6C的下一充电速率。当在所改变的充电速率下执行充电时，Li析出在与67％的SOC对应的点处发生。因此，充电速率改变为1.0C的下一充电速率。当在所改变的充电速率下执行充电时，如果达到与80％的SOC(被确定为充电终止条件)对应的点，那么充电终止。
可如上所述而获得协议。基于SOC的负电极电位曲线图可基于电池的类型而变化，但获得协议的上述方法可类似地应用。
虽然根据当前实施例，充电速率从3C减小至1.0C，但用于获得数据的初始充电速率范围和充电速率范围可如上所述各种各样地改变，并且充电速率可根据当前实施例以除上文所述的0.5C、0.6C或0.4C以外的任意值减小。
图8是示出在使用根据本公开的方法对电池充电的情况下基于时间的充电速率(充电电流)的曲线图，并且将图7的协议示出为基于时间的充电速率。
随着时间过去，用于对电池充电的充电器的充电电流以逐步方式从3C的初始充电速率减小至1.0C的最终充电速率。充电速率的持续时间t1至t5可以是不同的，因为负电极电位不下降而是开始恒定的点如上所述被设定为Li析出发生点。因此，根据本公开，测量基于充电速率的负电极电位，并因此，计算在每一电流下执行充电时不发生Li析出的充电极限。
此后，基于协议来对电池充电(s30)。协议可包含以逐步方式减小的充电速率以及在每一充电速率下终止充电之后的充电电压信息。根据本公开，可通过应用基于协议而优化的充电电流来执行充电。
可使用根据本公开的电池充电设备来实施充电协议。电池充电设备包含：电力供应单元，电力供应单元被配置成输出从商业电源输入的充电电压；以及电池充电单元，电池充电单元被配置成通过将从电力供应单元输入的充电电压作为充电电流输出到电池而对电池充电，并且通过在电池的充电电压达到预设的水平时改变充电电流而将输出到电池的充电电流控制为以以逐步方式改变。电池充电单元通过基于协议而以逐步方式调整充电电流来对电池充电，该协议用于通过将电池的负电极电位不下降而是开始恒定的点设定为Li析出发生点而以逐步方式改变充电速率。
因此，根据本公开的充电方法的协议的逻辑可与电池充电设备集成并且用于对电池充电。电池充电单元采用用于快速充电的处理器。根据本公开的实施例，该处理器可将充电协议的逻辑存储在存储器中，并且可按高准确性测量电压、电流等以进行准确控制和设备性能保持。
此外，根据本公开，因为负电极电位被控制成不经过Li析出发生点，所以与一般恒定电流-恒定电压(CC-CV)充电方法相比，Li析出可不在负电极上发生，并且因此电池的寿命可增加。
图9是用于比较基于根据本公开的使用逐步充电电流减小的充电方法以及常规恒定电流-恒定电压(CC-CV)充电方法的电池寿命的曲线图。
在本公开和常规方法中，通过设定相同充电时间和相同放电条件(例如1C CC)来比较寿命。如在图9中所示，根据常规CC-CV充电方法，容量保持率在75个循环之后开始减小，并且在100个循环之后减小至约95％，但根据本公开(分步充电)，即使在400个循环之后，容量保持率也维持在100％。
取决于各种因素来确定电池寿命，并且电极的结构稳定性，并且更具体地，负电极的稳定性是重要的。理想负电极应具有与Li离子的反应的高可逆性。如果发生理想可逆反应，那么容量保持率不基于循环而改变。与常规方法相比，根据本公开的使用逐步充电电流减小的充电方法具有较高反应可逆性，因为防止了在负电极上的Li析出。因此，基于根据本公开的使用逐步充电电流减小的充电方法，与常规方法相比，可防止电池的恶化，并且因此可增加电池的寿命。
在根据本公开的使用逐步充电电流减小的充电方法中，因为通过使用高于1C的初始充电速率而对电池快速充电，并且通过将负电极电位不下降而是开始恒定的点设定为Li析出发生点而以逐步方式减小充电速率，所以可在没有Li析出的情况下对电池快速充电。可防止电池的内部结构的损坏，并且可改进电池的寿命。
与例如“负电极电位应等于或大于0V(Li+/Li vs.0V)”的情况相比，根据本公开的充电极限预测方法和充电方法持续充电，直到负电极电位下降至低于0V为止。因为与Li+/Li vs.0V的情况相比可在相同充电电流密度下实现较大SOC，所以根据本公开的充电极限预测方法和充电方法在短时间内需要大量充电的快速充电方面非常有效。
已详细描述本公开。然而，应理解，详细描述和具体实例虽然指示本公开的优选实施例，但仅通过说明给出，因为本公开的范围内的各种改变和修改将从此详细描述对于本领域的技术人员来说，将变得显而易见。

Claims (14)

1.一种电池充电极限预测方法，包括：
(a)制造三电极单体，所述三电极单体包括单元单体和参考电极；
(b)在对所述三电极单体充电的同时测量基于荷电状态(SOC)的负电极电位(CCV)；以及
(c)将所述负电极电位不下降而是开始恒定的点确定为锂(Li)析出发生点，并且将所述Li析出发生点设定为充电极限。
2.根据权利要求1所述的电池充电极限预测方法，其中负电极电位梯度在基于SOC的所述负电极电位的曲线图中改变的点被设定为所述充电极限。
3.根据权利要求1所述的电池充电极限预测方法，其中在不同充电速率下的充电极限是通过在所述充电速率下重复执行所述操作(b)和(c)来获得，并且充电协议是通过组合所述充电极限来获得。
4.一种用于通过以下步骤来对电池充电的电池充电方法：将电池的负电极电位在高于1C的初始充电速率下不下降而是开始恒定的点设定为锂(Li)析出发生点，将所述Li析出发生点设定为充电极限，以及当达到所述充电极限时以逐步方式减小所述充电速率。
5.根据权利要求4所述的电池充电方法，其中所述负电极电位不下降而是开始恒定并且负电极电位梯度改变的点被设定为所述充电极限。
6.根据权利要求4所述的电池充电方法，其中所述初始充电速率是1.5C至5C。
7.根据权利要求4所述的电池充电方法，其中当在充电期间达到所述充电极限时，所述充电速率减小至下一充电速率，并且执行充电，直到所述电池的荷电状态(SOC)是80％为止。
8.一种电池充电方法，包括：
通过在三电极单体的测试中在不同充电速率下测量基于荷电状态(SOC)的负电极电位而获取数据，所述三电极单体包括单元单体和参考电极；
获得用于通过将所述负电极电位不下降而是开始恒定的点确定为锂(Li)析出发生点并且将所述Li析出发生点设定为充电极限而以逐步方式改变充电速率的协议；以及
基于所述协议来对电池充电。
9.根据权利要求8所述的电池充电方法，其中所述负电极电位不下降而是开始恒定并且负电极电位梯度改变的点被设定为所述充电极限。
10.根据权利要求8所述的电池充电方法，其中用于获取所述数据的充电速率的范围是从0.25C至5C。
11.根据权利要求8所述的电池充电方法，其中所述协议包括高于1C的初始充电速率。
12.根据权利要求8所述的电池充电方法，其中所述协议包括1.5C至5C的初始充电速率。
13.根据权利要求8所述的电池充电方法，其中所述协议包括以逐步方式减小的充电速率以及在每一充电速率下充电之后的充电电压信息。
14.一种电池充电设备，包括：
电力供应单元，所述电力供应单元被配置成输出从商业电源输入的充电电压；以及
电池充电单元，所述电池充电单元被配置成通过将从所述电力供应单元输入的所述充电电压作为充电电流输出到电池而对所述电池充电，并且通过在所述电池的充电电压达到预设的水平时改变所述充电电流而将输出到所述电池的所述充电电流控制为以逐步方式改变，
其中所述电池充电单元通过基于协议而以逐步方式调整所述充电电流来对所述电池充电，所述协议用于通过将所述电池的负电极电位不下降而是开始恒定的点确定为锂(Li)析出发生点并且将所述Li析出发生点设定为充电极限而以逐步方式改变充电速率。
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