CN108107366B - 锂离子电池内部微电池反应电压区间的预判方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池内部微电池反应电压区间的预判方法，在电池工作电压范围内，通过调整电池充电倍率（电流）、充电时间和电池休眠时间，有效降低电池极化对电池电压的影响，并以此方式细分电池充电容量，可更详尽而准确的考察电池体系内部微电池反应发生的电压区间。采用该方法对电池充电，电压监控曲线显示，如果电压在短时间内发生较大变化，会造成电池内部微反应，而这种电压骤升现象的出现，可预判电池体系内部微电池反应的存在，而电压骤升的电压区间，即为锂离子电池内部微电池反应发生的电压区间。该方法不需要对电池进行解剖，无需特殊测试设备，采用原位的电化学方法，实施简单方便，对电池进行无损检测，应用效果非常显著。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池内部微电池反应电压区间的预判方法。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。锂离子电池工作时，电池内部化学平衡状态被打破，电池电压偏离其平衡电压的现象称为极化。锂离子电池极化是由锂离子在电解液和固态正负电极中传输过程受阻引起的。根据产生原因，极化可分为欧姆极化、电化学极化和浓差极化三种。欧姆极化受电池内部直流内阻和电流的直接影响，欧姆极化是瞬时发生的。电化学极化和浓差极化则受电池内部电荷和离子传输的影响，变化相对缓慢，电化学极化一般认为是微秒级的，浓差极化一般认为是秒级的。
极化会造成电池内部化学体系不平衡，即造成固相中锂浓度的梯度分布，而不同固相颗粒中化学体系的平衡，需通过电解液体系， 势必发生化学反应，形成内部微电池，也称腐蚀反应，这种反应会造成电池内部的自放电，消耗电解液。不同体系下，微电池腐蚀造成的自放电程度不同，对电池电压造成的影响不同。
由于电池内部反应的复杂、反应强度不一，电池内部微电池反应强度较弱，尚无有效的方法进行预测及预防。另外，对锂离子电池内部微电池反应的预判，对于揭示和研究电池内部化学体系极化、微电池腐蚀反应和自放电等现象的研究有积极的意义，再有对于锂离子电池的设计、制造、工艺改进和应用等可提供积极的指导建议。
因此，提供一种应用简便、实施效果非常显著的锂离子电池内部微电池反应发生的电压区间的预判方法，是该领域当前急待解决的难题之一。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种锂离子电池内部微电池反应电压区间的预判方法。
为实现上述目的本发明所采用的实施方式如下：一种锂离子电池内部微电池反应电压区间的预判方法，其特征在于：该方法实施步骤如下：
（1）对电池进行放电，以0.01C-0.5C充电倍率将电池放电至额定最低电压，该最低电压定义为初始电压，设定休眠时间为1小时-20小时，以消除放电极化；
（2）通过调整电池充电倍率、充电时间和电池休眠时间，有效降低电池极化对电池电压的影响，便于准确测量内部微电池反应电压区间；对电池进行充电，以一定充电倍率将电池充电至规定时间后，电池进行休眠一定时间；休眠完成后，重复进行恒流充电-休眠；以上述方式重复进行恒流充电-休眠，对电池进行间歇充电，至测试终止电压；所述恒流充电-休眠制式中，恒流充电倍率为0.01C-3C，充电时间为1分钟-100分钟，休眠时间1小时-5小时；
（3）数据采集与分析；通过细分电池充电容量，能够更加详尽而准确的考察电池体系内部微电池反应发生的电压区间；采用步骤（2）方法对电池充电，记录步骤（2）中充电过程中的电压和时间数据，使用电压数据对时间数据作图，电压为纵坐标，时间为横坐标；如果电压在短时间内发生较大变化，会造成电池内部微反应，而这种电压骤升现象的出现，可以预判电池体系内部微电池反应的存在，而电压骤升的电压区间，即为锂离子电池内部微电池反应发生的电压区间。
步骤（1）中，所述的休眠截止的判断依据为，放电极化消失，即休眠电压停止回升；休眠时间为1小时-10小时。
步骤（2）中，所述恒流充电-休眠制式中，恒流充电倍率为0.1C、0.2C、0.3C、0.4C或0.5C，充电时间为10分钟-30分钟，休眠时间为1小时-3小时。
步骤（3）中，记录充电过程中的电压和时间数据，使用电压数据对时间数据作图，电压为纵坐标，时间为横坐标；数据结果中，通过调整电池充电倍率、充电时间和电池休眠时间，有效的降低电池极化对电池电压的影响，并以此细分了电池充电容量，更加详尽而准确的考察电池体系内部微电池反应发生的电压区间。
本发明的有益效果是：对锂离子电池内部微电池反应的预判，首先，需要确定微电池反应可能发生的电压区间，从而可以缩短微电池反应的检测时间，提升检测效率。该方法在电池工作电压范围内，通过调整电池充电倍率（电流）、充电时间和电池休眠时间，有效降低电池极化对电池电压的影响，通过细分电池充电容量，能够更加详尽而准确的考察电池体系内部微电池反应发生的电压区间。采用该方法对电池充电，电压监控曲线显示，如果电压在短时间内发生较大变化，会造成电池内部微反应，而这种电压骤升现象的出现，预示着由于极化现象的存在，造成电芯体系内部电势的不平衡，可以预判电池体系内部微电池反应的存在，而电压骤升的电压区间，即为锂离子电池内部微电池反应发生的电压区间。该方法不需要对电池进行解剖，无需特殊测试设备，采用原位的电化学方法，实施简单方便，对电池进行无损检测，应用效果非常显著。
附图说明
图1是本发明实施例1的电池内部微反应测试曲线；
图2是本发明实施例2的电池内部微反应测试曲线；
图3是本发明实施例3的电池内部微反应测试曲线。
具体实施方式
以下结合附图和较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式、特征详述如下：
一种锂离子电池内部微电池反应电压区间的预判方法，该方法实施步骤如下：
（1）对电池进行放电，以0.01C-0.5C倍率将电池放电至额定最低电压，该电压定义为初始电压，设定休眠时间为1小时-20小时，以消除放电极化；
（2）通过调整电池充电倍率（电流）、充电时间和电池休眠时间，有效降低电池极化对电池电压的影响，便于准确测量内部微电池反应电压区间；对电池进行充电，以一定倍率将电池充电至规定时间后，电池进行休眠一定时间；休眠完成后，重复进行恒流充电-休眠；以上述方式重复进行恒流充电-休眠，对电池进行间歇充电，至测试终止电压；所述恒流充电-休眠制式中，恒流充电倍率为0.01C-3C，充电时间为1分钟-100分钟，休眠时间1小时-5小时；以上各参数值在其限定范围内可任意选定形成若干个实施例；
（3）数据采集与分析；通过细分电池充电容量，能够更加详尽而准确的考察电池体系内部微电池反应发生的电压区间；采用步骤（2）方法对电池充电，记录步骤（2）中充电过程中的电压和时间数据，使用电压数据对时间数据作图，电压为纵坐标，时间为横坐标；如果电压在短时间内发生较大变化，会造成电池内部微反应，而这种电压骤升现象的出现，可以预判电池体系内部微电池反应的存在，而电压骤升的电压区间，即为锂离子电池内部微电池反应发生的电压区间。
步骤（1）中，所述的休眠截止的判断依据为，放电极化消失，即休眠电压停止回升；优选休眠时间为1小时-10小时。
步骤（2）中，所述恒流充电-休眠制式中，恒流充电倍率优选0.1C、0.2C、0.3C、0.4C或0.5C，优选充电时间10分钟-30分钟，优选休眠时间1小时-3小时。
步骤（3）中，记录充电过程中的电压和时间数据，使用电压数据对时间数据作图，电压为纵坐标，时间为横坐标；数据结果中，通过调整电池充电倍率（电流）、充电时间和电池休眠时间，有效的降低电池极化对电池电压的影响，并以此细分了电池充电容量，更加详尽而准确的考察电池体系内部微电池反应发生的电压区间。
步骤（3）中，采用该方法对电池充电，记录充电过程中的电压和时间数据，使用电压数据对时间数据作图，电压为纵坐标，时间为横坐标；以电压对时间作图，如果电压在短时间内发生较大变化，会造成电池内部微反应，而这种电压骤升现象的出现，即可预判电池体系内部微电池反应的存在，而电压骤升的电压区间，即为锂离子电池内部微电池反应发生的电压区间。
实施例1
一种锂离子电池内部微电池反应电压区间的预判方法，实施步骤如下：
（1）选择三元掺混磷酸铁锂正极体系（三元：磷酸铁锂=8:2）电池进行测试，首先，采用0.2C对电池进行放电至2.5V，设定休眠时间为3小时，用以消除放电极化。
（2）休眠后，对电池进行充电，首先，采用0.1C恒流充电，充电30分钟。休眠时间设定为3小时。休眠完成后，重复进行恒流-休眠制式，对电池进行间歇充电，至4.2V。
（3）数据采集与分析，记录步骤（2）中充电过程中的电压和时间数据，使用电压数据对时间数据作图，电压为纵坐标，时间为横坐标；如图1所示。
采用该方法对电池充电，以电压对时间作图，如图1所示，45000秒时，电压在短时间内发生较大变化，由3.2V骤升至3.5V，这种电压骤升现象的出现，即可预判电池体系内部微电池反应的存在，而电压骤升的电压区间，即为锂离子电池内部微电池反应发生的电压区间。
实施例2
一种锂离子电池内部微电池反应电压区间的预判方法，实施步骤如下：
（1）选择三元掺混磷酸铁锂正极体系（三元：磷酸铁锂=5:5）电池进行测试，首先，采用0.2C对电池进行放电至2.5V，设定休眠时间为3小时，用以消除放电极化。
（2）休眠后，对电池进行充电，首先，采用0.1C恒流充电，充电30分钟。休眠时间设定为3小时。休眠完成后，重复进行恒流-休眠制式，对电池进行间歇充电，至4.2V。
（3）数据采集与分析，电压对时间作图；如图2所示。
采用该方法对电池充电，以电压对时间作图，如图2所示，120000秒时，电压在短时间内发生较大变化，由3.3V骤升至3.6V，这种电压骤升现象的出现，即可预判电池体系内部微电池反应的存在，而电压骤升的电压区间，即为锂离子电池内部微电池反应发生的电压区间。
实施例3
一种锂离子电池内部微电池反应电压区间的预判方法，实施步骤如下：
（1）选择三元掺混磷酸铁锂正极体系（三元：磷酸铁锂=2:8）电池进行测试，首先，采用0.2C对电池进行放电至2.5V，设定休眠时间为3小时，用以消除放电极化。
（2）休眠后，对电池进行充电，首先，采用0.1C恒流充电，充电30分钟；休眠时间设定为3小时。休眠完成后，重复进行恒流-休眠制式，对电池进行间歇充电，至4.2V。
（3）数据采集与分析，电压对时间作图；如图3所示。
采用该方法对电池充电，以电压对时间作图，如图3所示，200000秒时，电压在短时间内发生较大变化，由3.35V骤升至3.65V，这种电压骤升现象的出现，即可预判电池体系内部微电池反应的存在，而电压骤升的电压区间，即为锂离子电池内部微电池反应发生的电压区间。
实施例还可根据预判方法中的恒流充电倍率、充电时间、各阶段休眠时间等限定范围内的参数列举出若干数值，这里将不再一一列举。
上述参照实施例对该锂离子电池内部微电池反应电压区间的预判方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种锂离子电池内部微电池反应电压区间的预判方法，其特征在于：该方法实施步骤如下：
（1）对电池进行放电，以0.01C-0.5C充电倍率将电池放电至额定最低电压，该最低电压定义为初始电压，设定休眠时间为1小时-20小时，以消除放电极化；
（2）通过调整电池充电倍率、充电时间和电池休眠时间，有效降低电池极化对电池电压的影响，便于准确测量内部微电池反应电压区间；对电池进行充电，以一定充电倍率将电池充电至规定时间后，电池进行休眠一定时间；休眠完成后，重复进行恒流充电-休眠；以上述方式重复进行恒流充电-休眠，对电池进行间歇充电，至测试终止电压；所述恒流充电-休眠制式中，恒流充电倍率为0.01C-3C，充电时间为1分钟-100分钟，休眠时间1小时-5小时；
（3）数据采集与分析；通过细分电池充电容量，能够更加详尽而准确的考察电池体系内部微电池反应发生的电压区间；采用步骤（2）方法对电池充电，记录步骤（2）中充电过程中的电压和时间数据，使用电压数据对时间数据作图，电压为纵坐标，时间为横坐标；如果电压在短时间内发生较大变化，会造成电池内部微反应，而这种电压骤升现象的出现，可以预判电池体系内部微电池反应的存在，而电压骤升的电压区间，即为锂离子电池内部微电池反应发生的电压区间。
2.根据权利要求1中所述的锂离子电池内部微电池反应电压区间的预判方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的休眠截止的判断依据为，放电极化消失，即休眠电压停止回升；休眠时间为1小时-10小时。
3.根据权利要求1中所述的锂离子电池内部微电池反应电压区间的预判方法，步骤（2）中，所述恒流充电-休眠制式中，恒流充电倍率为0.1C、0.2C、0.3C、0.4C或0.5C，充电时间为10分钟-30分钟，休眠时间为1小时-3小时。
4.根据权利要求1中所述的锂离子电池内部微电池反应电压区间的预判方法，其特征在于：步骤（3）中，记录充电过程中的电压和时间数据，使用电压数据对时间数据作图，电压为纵坐标，时间为横坐标；数据结果中，通过调整电池充电倍率、充电时间和电池休眠时间，有效的降低电池极化对电池电压的影响，并以此细分了电池充电容量，更加详尽而准确的考察电池体系内部微电池反应发生的电压区间。
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