CN109671994A - 一种锂离子电池析锂的监控及防护方法 - Google Patents

一种锂离子电池析锂的监控及防护方法 Download PDF

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刘建红
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池析锂的监控及防护方法，包括：在所述锂离子电池的充电过程中，在线监控所述锂离子电池的负极相对于参比电极的电位变化；当所述负极的电位相对于所述参比电极的电位降至析锂警戒值时，停止充电或改变充电策略，以实现对所述锂离子电池析锂的监测及防护。本发明的方案，可以克服现有技术中维护难度大、使用寿命短和安全性差等缺陷，实现维护难度小、使用寿命长和安全性好的有益效果。

Description

一种锂离子电池析锂的监控及防护方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池析锂的监控及防护方法。
背景技术
随着石油能源危机的不断上升以及燃油带来的环境危害不断恶化，使得新能源汽车的发展不断加速。其中，电动车成为新能源汽车发展的方向之一。动力锂离子电池则以其较高的比能量良好的循环性能和无记忆效应等优势成为电动车的主要动力来源。
然而，影响锂离子电池使用寿命和安全性能的一个重要诱因是电池的析锂。尤其是电池在大倍率和低温运行情况下，电池的析锂是电池寿命异常衰减的主要原因之一，电池析锂的持续发生，会使析出的锂金属在负极侧形成锂枝晶，刺穿隔膜，造成电池内短路，进而引发电池安全问题。
可见，现有技术中，存在维护难度大、使用寿命短和安全性差等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种锂离子电池析锂的监控及防护方法，以解决现有技术中电池析锂导致电池安全性差的问题，达到安全性好的效果。
本发明提供一种锂离子电池析锂的监控及防护方法，包括：在所述锂离子电池的充电过程中，在线监控所述锂离子电池的负极相对于参比电极的电位变化；当所述负极的电位相对于所述参比电极的电位降至析锂警戒值时，停止充电或改变充电策略，以实现对所述锂离子电池析锂的监测及防护。
可选地，在线监控所述锂离子电池的负极相对于参比电极的电位变化之前，还包括：在被监测的所述锂离子电池里预埋一个所述参比电极。
可选地，在线监控所述锂离子电池的负极相对于参比电极的电位变化之前，还包括：设置所述锂离子电池的所述负极相对于所述参比电极的电池析锂防护的电位值，该电位值为所述析锂警戒值。
可选地，还包括：以所述参比电极作为电位传感器感知所述锂离子电池的状态，判定所述锂离子电池的可用空间。
可选地，其中，所述参比电极，包括：金属锂电极、镀锂铜丝电极、锂金属合金电极、钛酸锂电极中的任意一个。
可选地，停止充电或改变充电策略，包括：当负极相对于参比电极的电位降至析锂警戒值时，充电停止，转至放电步骤，循环设定圈数。
由此，本发明的方案，通过对电池析锂进行监控并进行相应防护，解决现有技术中电池析锂导致电池安全性差的问题，从而，克服现有技术中维护难度大、使用寿命短和安全性差的缺陷，实现维护难度小、使用寿命长和安全性好的有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为采用本发明方法受监控电池与未受监控电池在低温条件下充电的电池循环曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在一个例子中，可以通过锂离子电池模型找出电池析锂边界条件，在电池充电过程中不触发边界，进而得到预防析锂的效果。这种方法未考虑在真实情况中，即便为相同体系的电池，由于电池工艺或电池制造环境的改变，会对电池的电化学性能带来不一致性，因此仿真得出的析锂边界并不能代表电池析锂的实际情况，造成析锂边界条件与真实情况有偏差，并不能完全防止电池析锂发生。
在一个例子中，可以通过对比未析锂电池与析锂后电池在电化学性能上的差异判断电池是否已发生析锂。但上述方法无法在电池运行过程中在线监控电池的析锂，亦不能对电池析锂的发生进行防护。
根据本发明的实施例，提供了一种锂离子电池析锂的监控及防护方法，使电池在运行过程中避免产生由析锂造成的异常衰减及安全事故。该锂离子电池析锂的监控及防护方法，适用于任意电池结构，任意材料体系的锂离子电池。
可选地，该锂离子电池析锂的监控及防护方法，可以在电池运行过程中，在线进行电池析锂的监控和防护的方法，以提高电池的使用寿命及安全性。
可选地，该锂离子电池析锂的监控及防护方法，在电池充电过程中，在线监控电池负极相对于参比电极的电位变化，当负极电位相对于参比电极的电位降至析锂警戒值时，停止充电或改变充电策略，实现电池析锂的监测及防护。
在一个可选例子中，该锂离子电池析锂的监控及防护方法，可以包括：
(1)在被监测的锂离子电池里预埋一个稳定的参比电极。
可选地，所述参比电极能够提供稳定的参比电极电位，所述参比电极可以是金属锂电极、镀锂铜丝电极、锂金属合金电极、钛酸锂电极等。
可选地，所述参比电极，还可以作为电位传感器感知电池的状态，判定电池的可用空间，以保护电池系统的寿命。
(2)设置负极相对于参比电极的电池析锂防护的电位值，该电位值为析锂警戒值。
(3)在电池充电过程中，监控负极电位相对于参比电极的电位变化。
(4)当负极电位相对于参比电极的电位至析锂警戒值时，停止充电或改变充电策略。
其中，该锂离子电池为预埋了稳定的参比电极的电池。在电池充电过程中，在线监控电池负极相对于参比电极的电位变化，当负极电位相对于参比电极的电位降至析锂警戒值时，停止充电或改变充电策略，实现电池析锂的监测及防护。同时，本发明可以在电池系统中作为电位传感器感知电池的状态，判定电池的可用空间，同时，本发明可以在电池系统中作为电位传感器感知电池的状态，判定电池的可用容量，以保护电池系统的寿命。
实施例：
采用本发明方法对该电池0度0.15C充放电循环测试的充电过程进行析锂监控及防护，当负极相对于参比电极的电位降至析锂警戒值时，充电停止，转至放电步骤，循环50圈。测试结果参见图1，表1。
比较例：
本比较例对该电池0度0.15C充放电循环测试不进行析锂监控，采用常规恒流充电法，至电池端电压上限后，转至放电步骤，循环50圈。测试结果参见图1和表1。
表1：实施例和比较例对电池充电过程中析锂进行防护与未防护的测试结果
另外，在电池运行过程中，在线进行电池析锂的监控和防护是提高电池使用寿命及安全性的有效方法之一。另外该方法可作为电位传感器感知电池的状态，判定电池的可用空间，以保护电池系统的寿命。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过在锂离子电池中预埋一个稳定的参比电极；在电池充电过程中，在线监控电池负极相对于参比电极的电位变化，当负极电位相对于参比电极的电位降至析锂警戒值时，停止充电或改变充电策略。从而，实现了电池充电过程中，对电池负极电位变化的直接的在线监控，避免电池析锂隐患，延长了电池的使用寿命，提高了电池的安全性。同时，本发明可以在电池系统中作为电位传感器来感知电池的状态，判定电池的可用空间，以保护电池系统的寿命。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种锂离子电池析锂的监控及防护方法，其特征在于，包括：
在所述锂离子电池的充电过程中，在线监控所述锂离子电池的负极相对于参比电极的电位变化；
当所述负极的电位相对于所述参比电极的电位降至析锂警戒值时，停止充电或改变充电策略，以实现对所述锂离子电池析锂的监测及防护。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在线监控所述锂离子电池的负极相对于参比电极的电位变化之前，还包括：
在被监测的所述锂离子电池里预埋一个所述参比电极。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在线监控所述锂离子电池的负极相对于参比电极的电位变化之前，还包括：
设置所述锂离子电池的所述负极相对于所述参比电极的电池析锂防护的电位值，该电位值为所述析锂警戒值。
4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，还包括：
以所述参比电极作为电位传感器感知所述锂离子电池的状态，判定所述锂离子电池的可用空间。
5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，其中，
所述参比电极，包括：金属锂电极、镀锂铜丝电极、锂金属合金电极、钛酸锂电极中的任意一个。
6.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，停止充电或改变充电策略，包括：
当负极相对于参比电极的电位降至析锂警戒值时，充电停止，转至放电步骤，循环设定圈数。
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