CN108120940A - 一种锂离子电池电芯老化筛选方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池电芯老化筛选方法，其包括：第一阶段的常温搁置：给化成分容后的电芯充电，使电芯电压升高至一初始电压，然后在常温下搁置6‑12小时；第二阶段高温搁置：再将电芯放入温度范围为40±5℃的高温环境中，搁置48～72小时，使电芯冷却后，测量并记录第一电压值；第三阶段高温搁置：将电芯再次置入前述温度范围为40±5℃的高温环境中，搁置48～168小时，使电芯冷却后，测量并记录第二电压值，检测出低电压的电芯。本发明适用于混合材料体系的锂离子电芯的老化筛选，还可以减少后续电池的配组分档，提升电池的配组效率和成功率。

Description

一种锂离子电池电芯老化筛选方法

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池电芯老化筛选方法。

背景技术

锂离子电池老化一般就是指在电池装配注液完成后第一次充电化成后的放置工序，作用都是使初次充电后形成的SEI膜性质和组成能够稳定。老化的目的之一是为了让电解液充分得浸润，另一个目的是正负极活物质中的某些活跃成分通过一定的反应失活，使得电池整体性能表现更为稳定。需要进行老化的锂离子电池不仅包括纯LCO、纯NCM、纯LMO等材料体系的锂离子电池，还包括混合材料体系如LCO与NCM的混合、LCO与LMO的混合的锂离子电池。通过老化搁置，以将低压不良电芯挑选出去，保证出货电池的品质，特别是需要进行配组的电池，一定需要进行老化，在老化过程中测量出每个电芯的压降K值，以备电池组的配组使用。

电池配组，是指由于电池的性能不可能完全一样，存在个体差异性，当多个电池串联在一起形成电池组使用的时候，这种差异会造成电池组寿命严重缩短。所以配组时就要尽量选择性能非常接近的电池搭配到一起组成电池组来使用，以达到更长的寿命。电池压降K值通常是指(也可指相同时间内的电压降)单位时间内的电池的电压降，通常单位用mV/d表示，用来衡量锂电池自放电率，而将具有相近K值的电池配组在一起使用，是电池配组的一个标准。因此，在批电池里，K值分布越集中，则该批电池的配组效率也越高。

目前，对锂离子电池的老化方法是将化成分容(电池做好后第一次充、放电的过程叫化成，分容就是区分电池容量)后的锂离子进行高温或室温老化搁置，然后将不同压降K值的电池进行分档，压降大的电池挑选出去(做的比较好的电池K值一般小于2mV/d或0.08mV/h，压降太大，电池性能越差)。目前锂离子电池通常采用高温40-45℃老化搁置5～7天或常温搁置15天以上，对于纯LCO、纯NCM、纯LMO等材料体系来说，这种老化搁置工艺基本可以满足要求，但是对于混合材料体系(如LCO与NCM的混合材料、LCO与LMO的混合材料等)，这种老化工艺有较大的问题。这是由于正极材料采用了两种或两种以上的活性物质，每种材料的物化特性存在差异，其对应电芯的自放电有差别；所以，对于混合材料体系制作的电芯，老化搁置的压降不稳定性较大，如果还是采用前述常用的老化方法，会存在很高的压降不良比例(压降K值太大被挑选出去)，也即电芯的低压比例很高，降低了电芯的直通率(成品率)，一般采用混合材料体系的目的就是为了降低成本，但是如果产品的直通率降低了，反而会导致成本增加。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种锂离子电池电芯老化筛选方法，可以应用于混合材料体系的锂离子的老化处理，且还可以减少后续电池的配组分档，降低压降不良比例，提升电池的配组效率和成功率。

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种锂离子电池电芯老化筛选方法，其包括：

第一阶段的常温搁置：给化成分容后的电芯充电，使电芯电压升高至一初始电压，然后在常温下搁置6-12小时；

第二阶段高温搁置：再将电芯放入温度范围为40±5℃的高温环境中，搁置48h～72小时(2～3天)，使电芯冷却后，测量并记录第一电压值；

第三阶段高温搁置：将电芯再次置入前述温度范围为40±5℃的高温环境中，搁置48～168小时(2～7天)，使电芯冷却后，测量并记录第二电压值，检测出低电压的电芯。

优选的，所述第一阶段常温搁置是指在25℃的环境下搁置。

在第一阶段的常温搁置步骤中，给电芯充电之后，由于充电接触状况原因、柜子异常等原因，这里需要进行一次电压测试，从而保证进入老化状态的电芯都符合正常电压范围。

上述技术方案的进一步改进在于，所述初始电压为3.86V～3.96V，所述低电压的电芯是指第二电压值小于3.830V～3.930V的电芯。

上述技术方案的进一步改进在于，设定电芯压降值K，所述电芯压降值K＝第一电压值-第二电压值，并根据电芯压降值K的档位进行电芯配组。

所述电芯压降K值的档位是指根据同一批次电芯的电芯压降值K，按照预定差异值(一般是1～2mV为一个档位)作为一个档位的原则，所得该批次电芯的压降值K值的分布情况。例如，一批次240个电芯，而以1～2mV为一个档，假定最大电芯压降值K与最小的电芯压降值K差为30mV的情况下，则该批次电芯的电芯压降值K将分布在20个档位左右。而原则上，同一个档位的电芯性能较接近，因而是能够进行配组的。

上述技术方案的进一步改进在于，所述第二阶段高温搁置的温度范围是40±2℃。

优选的，所述初始电压是3.86V，所述低电压的电芯是指第二电压值小于3.830V的电芯；或者

所述初始电压是3.96V，所述低电压的电芯是指第二电压值小于3.930V的电芯。

优选的，所述第二阶段高温搁置的时间是72小时(3天)。

上述技术方案的进一步改进在于，所述第三阶段高温搁置的温度范围是40±2℃。

优选的，所述第三阶段高温搁置的时间是72小时(3天)。

上述技术方案的进一步改进在于，在所述第二阶段高温搁置和第三阶段高温搁置中，测量所述第一电压值和第二电压值是在电芯冷却6小时后测量，即电芯从高温环境中出来，放置约6个小时以上，恢复常温之后，再测量电信电压值。因为温度不稳定，电压值也不会稳定。

本发明的有益效果是：

本发明锂离子电池电芯老化筛选方法，包括一个充电使电芯达到同一个初始电压值以及两个高温搁置和冷却处理步骤，以及通过设定的K值的计算方法，并根据K值进行电芯配组，不仅可以很好地解决现有老化筛选方法不适用于混合材料体系的锂离子电芯的技术问题，同时，本发明提供的电池电芯老化筛选方法，还可以减少后续电池的配组分档，提升电池的配组效率和成功率。本发明的方法适于作为程序植入一个锂离子电芯自动老化筛选设备中，通过自动老化筛选设备完成一批次中数量庞大的锂离子电芯的筛选及配组。

按照本发明的方法，一次老化通过率最高可提升20％以上，压降K值分档从15档以上减少到3-6档。由于传统的老化工艺，就是直接常温老化5～7天，压降K值应小于20～30mV，K值分档在15档以上；而按照本发明的方法，降压K值小于等于10mV，其K值分档只有3～5档。本发明的方法一次老化通过率高，故减少了重复老化返工的时间和成本。

本发明的老化筛选方法主要是将高温老化搁置步骤，处理成两步高温老化步骤，第一阶段的高温搁置主要是让混合材料体系的锂离子电池电压趋于稳定，第二阶段的高温老化是为了计算压降K值，同时筛选出低压不良电池。

本发明的初始电压是3.86V，与3.830V相比，在电芯老化时，内部有微短路的电芯的电压下降更加明显，从而在后续的检测步骤中更容易挑选出低电压电芯；其次，老化处理全程时间在10天左右，缩短了电池电芯的整个生产周期，满足出货速度的要求，降低生产成本。此外，两次高温老化温度最高45℃，避免高温损伤电池。

附图说明

图1为本发明的方法的步骤流程图。

图2为本发明较佳实施例1的电芯压降K值分布情况与传统老化筛选方法的电芯压降K值分布情况比对图。

图3为本发明较佳实施例2的电芯压降K值分布情况与传统老化筛选方法的电芯压降K值分布情况比对图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明提供一种锂离子电池电芯老化筛选方法，如图1所示，其主要包括如下步骤：

第一阶段的常温搁置：给化成分容后的电芯充电，使电芯电压升高至一初始电压，然后在常温下搁置6-12小时；

第二阶段高温搁置：再将电芯放入温度范围为40±5℃的高温环境中，搁置48h～72小时(2～3天)，使电芯冷却后，测量并记录第一电压值；

第三阶段高温搁置：将电芯再次置入前述温度范围为40±5℃的高温环境中，搁置48～168小时(2～7天)，使电芯冷却后，测量并记录第二电压值，检测出低电压的电芯。

在第一阶段的常温搁置步骤中，给电芯充电之后，由于充电接触状况原因、柜子异常等原因，这里需要进行一次电压测试，从而保证进入老化程序的电芯都符合正常的电压范围。优选的，所述第一阶段常温搁置是指在25℃的环境下搁置。

上述技术方案的进一步改进在于，所述初始电压为3.86～3.96伏，所述低电压的电芯是指第二电压值小于3.830～3.930V的电芯；优选的，初始电压为3.96V，而低电压的电芯是指第二电压值小于3.930V的电芯；而若初始电压为3.86V，而低电压的电芯是指第二电压值小于3.830V的电芯。

上述技术方案的进一步改进在于，设定电芯压降值K，所述电芯压降值K＝第一电压值-第二电压值，并根据电芯压降值K的档位进行电芯配组。

上述技术方案的进一步改进在于，所述第二阶段高温搁置、所述第三阶段高温搁置的温度范围是40±2℃，分别是3天。上述技术方案的进一步改进在于，在所述第二阶段高温搁置和第三阶段高温搁置中，测量所述第一电压值和第二电压值是在电芯冷却6小时后测量，即电芯从高温环境中出来，放置约6个小时以上，恢复常温之后，再测量电信电压值。因为温度不稳定，电压值也不会稳定。

下面通过具体实施例对本发明作详细的描述，并结合对比例来了解本发明的有效果。以下各实施例只是用来更好的帮助理解本发明而不限制本发明。

实施例1

(1)第一阶段的常温搁置：给同一批次的化成分容合格的20000个纯LCO材料体系的锂离子电芯，以相同的操作方式充电，使电芯电压升高至一个初始电压3.86V，然后在常温下搁置6小时，测量并记录此时的电压；

(2)第二阶段高温搁置：再将电芯放入设定好温度范围为40±2℃的高温环境中，高温搁置3天，取出电芯冷却6h后，测出并此时的电芯的电压值，记录为第一电压值V1；

(3)第三阶段高温搁置：然后将电芯再次置入前述温度范围为40±2℃的高温环境中，搁置3天，取出电芯冷却6h后，测出并此时的电芯的电压值，记录为第二电压值V2，将V2低于3.930V的电芯挑选出来。3.930V是一个评价是否属于低压电池的门槛值，当然在其他实施例中，可设定其他值作为门槛值，门槛值的选定需要依照电芯的规格来设定，本实施例主要针对初始电压是3.96V，约4V的电芯设定的低电压门槛值。按照本实施例的方法，一级品率(一次老化通过率)相对于传统的老化筛选方法，提升了5％以上。

设定电芯压降值K＝V1-V2，对该批次电芯压降值K进行档位分布，设定1mV为一个档位。参见如图2所示，虚线表示本实施例的电芯压降K值分布情况，实线表示传统老化筛选方法的K值分布情况。

通过图2可以看到，与传统的老化筛选方法相比较，本实施例的方法，使电芯压降K值分布的档位数从15档以上减少到3-6档，使电芯压降K值分布更为集中(集中在3-6个档位内)，因而提高了电芯的配组效率。而传统的老化筛选，是直接老化5～7天，电芯压降值应该小于20～30mV，其电芯压降值分档在15档以上，而本发明的老化筛选方法，电芯降压K值小于等于10mV，其电芯压降K值分档只有3～6个档。而且本发明的老化方法，一次老化通过率高，减少了重复老化返工的时间和成本。

如图2所示，考察数量240个锂离子电芯时，按照本实施例的方法，电芯压降K值的标准差2.577mV,考察数量120个锂离子电芯时，按照本实施例的方法，电芯压降K值的标准差1.726mV,可见电芯降压K的分布非常集中，电芯的自放电率性能一致性很高，因而具有更高的配组效率。

实施例2

(1)第一阶段的常温搁置：给同一批次的化成分容合格的20000个LCO+NCM混合材料体系的锂离子电芯，以相同的操作方式充电，使电芯电压升高至一个初始电压3.86V，然后在常温下搁置6小时，测量并记录此时的电压；

(2)第二阶段高温搁置：再将电芯放入设定好温度范围为40±2℃的高温环境中，高温搁置3天，取出电芯冷却6h后，测出并此时的电芯的电压值，记录为第一电压值V1；

(3)第三阶段高温搁置：然后将电芯再次置入前述温度范围为40±2℃的高温环境中，搁置3天，取出电芯冷却6h后，测出并此时的电芯的电压值，记录为第二电压值V2，将V2低于3.830V的电芯挑选出来。按照本实施例的方法，一级品率(一次老化通过率)相对于传统的老化筛选方法，提升了20％以上。

设定电芯压降值K＝V1-V2，对该批次电芯压降值K进行档位分布，设定1mV为一个档位。参见图3所示，实线表示本实施例的电芯压降K值分布情况，虚线表示传统老化筛选方法的K值分布情况。

通过图3可以看到，与传统的老化筛选方法相比较，本实施例的方法，使电芯压降K值分布的档位数从15档以上减少到3-6档，使电芯压降K值分布更为集中(集中在3-6个档位内)，因而提高了电芯的配组效率。而且本发明的老化方法，一次老化通过率高，减少了重复老化返工的时间和成本。

如图3所示，考察数量240个锂离子电芯时，按照本实施例的方法，电芯压降K值的标准差3.125mV,考察数量120个锂离子电芯时，按照本实施例的方法，电芯压降K值的标准差1.726mV,可见电芯降压K的分布非常集中，电芯的自放电率性能一致性很高，因而具有更高的配组效率。

Claims (10)

1.一种锂离子电池电芯老化筛选方法，其特征在于，其包括：

第一阶段的常温搁置：给化成分容后的电芯充电，使电芯电压升高至一初始电压，然后在常温下搁置6-12小时；

第二阶段高温搁置：再将电芯放入温度范围为40±5℃的高温环境中，搁置48～72小时，使电芯冷却后，测量并记录第一电压值；

第三阶段高温搁置：将电芯再次置入前述温度范围为40±5℃的高温环境中，搁置48～168小时，使电芯冷却后，测量并记录第二电压值，检测出低电压的电芯。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池电芯老化筛选方法，其特征在于，所述初始电压为386～3.96伏，所述低电压的电芯是指第二电压值小于3.830～3.930伏的电芯。

3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池电芯老化筛选方法，其特征在于，设定电芯压降值K，所述电芯压降值K＝第一电压值-第二电压值，并根据电芯压降值K的档位进行电芯配组。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池电芯老化筛选方法，其特征在于，所述第二阶段高温搁置的温度范围是40±2℃。

5.根据权利要求4所述的锂离子电池电芯老化筛选方法，其特征在于，所述第二阶段高温搁置的时间是72小时。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池电芯老化筛选方法，其特征在于，所述第三阶段高温搁置的温度范围是40±2℃。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池电芯老化筛选方法，其特征在于，所述第三阶段高温搁置的时间是72小时。

8.根据权利要求2所述的锂离子电池电芯老化筛选方法，其特征在于，所述初始电压是3.86V，所述低电压的电芯是指第二电压值小于3.830V的电芯；或者所述初始电压是3.96V，所述低电压的电芯是指第二电压值小于3.930V的电芯。

9.根据权利要求1所述的锂离子电池电芯老化筛选方法，其特征在于，在所述第二阶段高温搁置和第三阶段高温搁置中，测量所述第一电压值和第二电压值是在电芯冷却6小时后测量。

10.根据权利要求1所述的锂离子电池电芯老化筛选方法，其特征在于，在第一阶段的常温搁置步骤中，给电芯充电之后进行一次电压测试。