CN109239606A - 一种锂离子电池预化成负压失效检测方法 - Google Patents

一种锂离子电池预化成负压失效检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池预化成负压失效检测方法：选取同种材料体系、相同条件下生产的若干锂离子电池，分成数量相同的A、B两组；对A、B两组锂离子电池分别预化成充电，A组在预化成充电过程中抽真空，B组在预化成充电过程中不抽真空，进行差异化处理；预化成充电结束后，读取各锂离子电池获得的充电能量，并在最大值与最小值构成的区间范围内任取一数值作为负压失效判定值X；将同种材料体系、相同条件下生产的待测锂离子电池在相同条件下进行预化成充电，获得的充电能量QN与负压失效判定值X比较，检测待测锂离子电池负压是否失效。本发明可及时准确的对负压失效电池进行识别，对批量产品实现全检，避免生产制造过程中不良品的流转。

Description

一种锂离子电池预化成负压失效检测方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造，特别是一种对锂离子电池预化成负压失效进行检测的方法。
背景技术
锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长且无记忆效应等优点，在数码和动力能源行业被广泛应用。但随着其应用范围的不断扩大，其使用性能也越来越被重视。在锂离子电芯制造过程中，不论是为改善预化成充电过程中因形成SEI膜产生的气体在负极表面停留，造成界面出现死区、析锂的问题，还是改善车间环境，避免预化成有机气体、无机气体排入车间等等各方面考量，现有先进工艺均采用负压排气预化成。
负压排气预化成系统结构复杂，管路弯折、堵塞后会造成负压系统将失效，为避免负压失效引起的产品不良，现有方式多为依靠人工定期对管路检查，在生产制造过程中该方式工作量较大且无法避免不良品流转入下一工序。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种方便、准确地对锂离子电池预化成负压失效进行检测的方法，可对批次产品进行全检。
技术方案：一种锂离子电池预化成负压失效检测方法，包括以下步骤：
步骤一：选取同种材料体系、相同条件下生产的若干锂离子电池，分成数量相同的A、B两组；
步骤二：对A、B两组锂离子电池分别预化成充电，A组在预化成充电过程中抽真空，B组在预化成充电过程中不抽真空，进行差异化处理，预化成充电中，需有充电电流不小于0.1C的充电工步，且该充电工步的充电截止荷电状态不小于5％SOC；
步骤三：预化成充电结束后，读取各锂离子电池获得的充电能量分别为QA-1、QA-2、…、QA-n、QB-1、QB-2、…、QB-n，在上述充电能量的最大值与最小值构成的区间范围内，任取一数值作为负压失效判定值X，所述充电能量指预化成充电中任一不小于0.1C充电工步单独的充电能量，或者各充电工步累积的充电能量；
步骤四：将同种材料体系、相同条件下生产的待测锂离子电池在相同条件下进行预化成充电，预化成充电结束后，读取其获得的充电能量为QN，比较充电能量QN与负压失效判定值X，检测待测锂离子电池负压是否失效。
预化成充电中，充电电流与充电结束时的荷电状态决定选取负压失效判定值X的准确性，充电电流越大，截止荷电状态越高，则充电能量之间的差异性越大，负压失效判定值X的选取则越能准确检测出负压失效的锂离子电池。因此，预化成充电中，需有充电电流不小于0.1C的充电工步，且该充电工步的充电截止荷电状态不小于5％SOC。
充电能量指预化成充电中任一不小于0.1C充电工步单独的充电能量，或者各充电工步累积的充电能量，即，QA-1、QA-2、…、QA-n、QB-1、QB-2、…、QB-n、QN为预化成充电中同一任一不小于0.1C充电工步单独的充电能量，或者各充电工步累积的充电能量。
最佳的，步骤一中，A、B两组锂离子电池的数量分别至少为5pcs，以提高负压失效判定值X选取的准确性。
具体的，步骤二中，A组抽真空负压值为-20～-100kPa，B组负压值为0kPa。A组设定的负压值应符合实际制程要求，负压值范围既要达到负压预化成的效果，即改善负极界面、降低不可逆容量，提高首次库伦效率，又不至于将电解液从电池中抽出。
进一步的，充电能量大小与预化成流程有关，步骤二中，预化成充电中，以充电时间为截止条件时，QA-1、QA-2、…、QA-n整体大于QB-1、QB-2、…、QB-n，步骤三中负压失效判定值X为QA-1、QA-2、…、QA-n中一个最大值与QB-1、QB-2、…、QB-n中一个最小值的平均数，以充电电压为截止条件时，QA-1、QA-2、…、QA-n整体小于QB-1、QB-2、…、QB-n，步骤三中负压失效判定值X为QA-1、QA-2、…、QA-n中一个最小值与QB-1、QB-2、…、QB-n中一个最大值的平均数，由于充电能量受充电过程中环境温度及电池本身的差异性影响，计算平均值作为负压失效判定值X，相比于在最大值与最小值构成的区间范围内任取一数值作为负压失效判定值X，可以提高负压失效判定值X选取的准确性，以避免出现误判。
进一步的，步骤二中，预化成充电中，以充电时间为截止条件时，步骤四中，当充电能量QN大于负压失效判定值X，则待测锂离子电池为负压失效，反之为合格。
进一步的，步骤二中，预化成充电中，以充电电压为截止条件时，步骤四中，当充电能量QN小于负压失效判定值X，则待测锂离子电池为负压失效，反之为合格。
本发明的原理是：锂离子电池在预化成充电过程中随着副反应的进行将会有气体产出，由于隔膜与极片贴合力较大，在预化成负压失效时，产生的气体无法及时排出而形成气泡阻止锂离子的迁移，造成电池极化较大，电压偏高。根据能量公式Q＝UIt：当充电流程以充电时间为截止条件时，负压失效组电压较正常组大，能量随之变大；当充电流程以充电电压为截止条件时，负压失效组电压先达到截止条件，充电时间较正常组较小，能量随之变小。因此可以根据锂离子电池在预化成充电过程中获得的充电能量检测负压是否失效。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：通过实验获取负压失效电池与正常电池在预化成充电过程中充电能量的差异，并通过该差异制定具体数值建立起充电能量对负压失效电池的检测筛选机制，可以及时准确的对负压失效电池进行识别，可对批量产品实现全检，避免了生产制造过程中不良品的流转；根据分选出的不良品，及时准确的针对预化成负压排气系统进行维护，保证预化成负压系统的可靠性。
附图说明
图1为实施例1中A、B两组锂离子电池，预化成充电结束后获得的累积的充电能量QA-1、QA-2、…、QA-15、QB-1、QB-2、…、QB-15分布图；
图2为实施例2中A、B两组锂离子电池，预化成充电结束后获得的累积的充电能量QA-1、QA-2、…、QA-15、QB-1、QB-2、…、QB-15分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
以磷酸铁锂40Ah锂离子电池为例，说明本发明锂离子电池预化成负压失效检测方法，具体包括以下步骤。
步骤一：从同种材料体系、相同烘烤和浸润等工艺条件下生产的锂离子电池中随机选取20pcs，分成A、B两组，每组15pcs，分别放入不同托盘。
步骤二：将托盘及锂离子电池放入预化成充放电柜，进行预化成充电，充电时环境温度为45℃，对A组设定负压值为-85kPa，对B组设定不启动负压值，形成差异化处理，可通过软件或设备进行负压值设定。
预化成充电中，各充电工步列为下表1，以充电时间为截止条件，最大充电电流为0.15C(6A)，预化成充电结束时锂离子电池的荷电状态为20％SOC。
表1
充电工步号 状态 时间 电流 电压 截止条件
1 休眠 1min
2 恒流充电 30min 0.05C 充电时间
3 休眠 1min
4 恒流充电 70min 0.15C 充电时间
5 休眠 1min
步骤三：预化成充电结束后，附图1所示为通过设备读取的各锂离子电池经各充电工步获得的累积的充电能量，分别记为QA-1、QA-2、…、QA-15、QB-1、QB-2、…、QB-15，然后选取负压失效判定值X，为保证负压失效检测的可靠性，从QA-1、QA-2、…、QA-15中选取一个最大值，从QB-1、QB-2、…、QB-15中选取一个最小值，计算得到两者的平均数24.528Wh作为负压失效判定值X。
步骤四：将同种材料体系、相同烘烤和浸润等工艺条件下生产的待测锂离子电池在相同条件下进行预化成充电，预化成充电结束后，读取其经各充电工步获得的累积的充电能量为QN，若QN大于24.528Wh，则判定待测锂离子电池为负压失效。
对通过本实施例方法检测为负压失效的待测锂离子电池，通过界面拆解，查看到界面有严重黑斑析锂，证明检测方法有效。
C指电芯充放电电流为额定容量的倍率，40Ah电芯以0.05C恒定电流充电，表示充电电流为40×0.05＝2A；SOC指电芯的荷电状态，40Ah电芯以达到20％SOC为充电截止条件，表示电芯容量为40×20％＝8Ah。充电能量由能量公式Q＝UIt得到，I、t分别指恒定电流充电的充电电流、充电时间，U指恒定电流充电期间的平均电压，充电能量可通过设备直接读取获得。
实施例2
以三元体系60Ah锂离子电池为例，说明本发明锂离子电池预化成负压失效检测方法，具体包括以下步骤。
步骤一：从同种材料体系、相同烘烤和浸润等工艺条件下生产的锂离子电池中随机选取30pcs，分成A、B两组，每组15pcs，分别放入不同托盘。
步骤二：将托盘及锂离子电池放入预化成充放电柜，进行预化成充电，充电时环境温度为40℃，对A组设定负压值为-70kPa，对B组设定不启动负压值，形成差异化处理，可通过软件或设备进行负压值设定。
预化成充电中，各充电工步列为下表2，以充电电压为截止条件，最大充电电流为0.5C(30A)，预化成充电结束时锂离子电池的荷电状态为60％SOC。
表2
充电工步号 状态 时间 电流 电压 截止条件
1 休眠 1min
2 恒流充电 0.05C 3.0V 充电电压
3 休眠 1min
4 恒流充电 0.15C 3.4V 充电电压
5 休眠 1min
6 恒流充电 0.5C 3.7V 充电电压
7 休眠 1min
步骤三：预化成充电结束后，附图2所示为通过设备读取的各锂离子电池经各充电工步获得的累积的充电能量，分别记为QA-1、QA-2、…、QA-15、QB-1、QB-2、…、QB-15，然后选取负压失效判定值X，为保证负压失效检测的可靠性，从QA-1、QA-2、…、QA-15中选取一个最小值，从QB-1、QB-2、…、QB-15中选取一个最大值，计算得到两者的平均数114.94Wh作为负压失效判定值X。
步骤四：将同种材料体系、相同烘烤和浸润等工艺条件下生产的待测锂离子电池在相同条件下进行预化成充电，预化成充电结束后，读取其经各充电工步获得的累积的充电能量为QN，若QN小于114.94Wh，则判定待测锂离子电池为负压失效。
对通过本实施例方法检测为负压失效的待测锂离子电池，通过界面拆解，查看到界面有严重黑斑析锂，证明检测方法有效。

Claims (6)

1.一种锂离子电池预化成负压失效检测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：选取同种材料体系、相同条件下生产的若干锂离子电池，分成数量相同的A、B两组；
步骤二：对A、B两组锂离子电池分别预化成充电，A组在预化成充电过程中抽真空，B组在预化成充电过程中不抽真空，进行差异化处理，预化成充电中，需有充电电流不小于0.1C的充电工步，且该充电工步的充电截止荷电状态不小于5％SOC；
步骤三：预化成充电结束后，读取各锂离子电池获得的充电能量分别为QA-1、QA-2、…、QA-n、QB-1、QB-2、…、QB-n，在上述充电能量的最大值与最小值构成的区间范围内，任取一数值作为负压失效判定值X，所述充电能量指预化成充电中任一不小于0.1C充电工步单独的充电能量，或者各充电工步累积的充电能量；步骤四：将同种材料体系、相同条件下生产的待测锂离子电池在相同条件下进行预化成充电，预化成充电结束后，读取其获得的充电能量为QN，比较充电能量QN与负压失效判定值X，检测待测锂离子电池负压是否失效。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池预化成负压失效检测方法，其特征在于：步骤一中，A、B两组锂离子电池的数量分别至少为5pcs。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池预化成负压失效检测方法，其特征在于：步骤二中，A组抽真空负压值为-20～-100kPa，B组负压值为0kPa。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池预化成负压失效检测方法，其特征在于：步骤二中，预化成充电中，以充电时间为截止条件时，步骤三中负压失效判定值X为QA-1、QA-2、…、QA-n中一个最大值与QB-1、QB-2、…、QB-n中一个最小值的平均数，以充电电压为截止条件时，步骤三中负压失效判定值X为QA-1、QA-2、…、QA-n中一个最小值与QB-1、QB-2、…、QB-n中一个最大值的平均数。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池预化成负压失效检测方法，其特征在于：步骤二中，预化成充电中，以充电时间为截止条件时，步骤四中，当充电能量QN大于负压失效判定值X，则待测锂离子电池为负压失效，反之为合格。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池预化成负压失效检测方法，其特征在于：步骤二中，预化成充电中，以充电电压为截止条件时，步骤四中，当充电能量QN小于负压失效判定值X，则待测锂离子电池为负压失效，反之为合格。
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