CN110085935A - 一种动力锂离子电池一致性筛选的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池加工制造领域，公开了一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，主要通过恒流充电过程中的充电电压和其充电静置过程前后电压差，来对电池进行筛选。本发明具有以下优点和效果：因动力锂离子电池性能的差异绝大部分是由电池反应的动力学差异引起，动力锂离子电池在化成工序通过充电截止电压与静置过程电压变化反应的是电池激活过程负极成膜反应和化学极化，动力锂离子电池化成激活状态的成膜反应和极化可以参考判断动力锂离子电池的一致性，此方法操作简单，实用性强，大大提成电池的配组筛选效率，而且保证电池的一致性和产品优率，具有显著的实际意义。

Description

一种动力锂离子电池一致性筛选的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池加工制造领域，特别涉及一种动力锂离子电池一致性筛选的方法。
背景技术
车用动力锂离子电池系统通常由几十个或者上百个电池单体串并联组合而成，应用于电动汽车上时，影响电动汽车使用寿命的原因之一就是单体电池性能不一致，进而影响电池组的性能发挥，故对动力锂离子电池进行组合时，需对单体电池进行分组筛选。
目前锂离子电池配组常用的方法是通过电池充放电的容量、内阻、自放电来对电池进行配组，这样需要对锂离子电池进行完整的一到二次充放电，耗能大，周期长，电池配组要求参数多，过于复杂，严重影响电池的配组筛选效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，该方法操作简单、快捷，实用性强，大大提高了电池的筛选效率。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，包括以下步骤，第一步，动力锂离子电池以0.01～0.5C电流恒流充电至1％～15％的额定荷电状态，并记录充电截止电压V1；第二步，静置，并记录动力锂离子电池的截止电压V2；第三步，计算动力锂离子电池静置前后的电压差ΔV，ΔV＝V1-V2；第四步，对V1和ΔV选取上下限，挑出超出V1上下限、ΔV上下限的动力锂离子电池，将同时位于V1上下限内、ΔV上下限内的动力锂离子电池分在同一组。
通过采用上述技术方案，V1的上下限即V1的控制限，ΔV的上下限即ΔV的控制限。
本发明的进一步设置为：还包括，第五步，将同时位于V1上下限内、ΔV上下限内的动力锂离子电池以0.05～0.5C电流恒流充放电，完成电池的化成工序。
本发明的进一步设置为：还包括第六步，将超出V1和ΔV上下限的动力锂离子电池进行区分筛选。
通过采用上述技术方案，超出V1和ΔV上下限的动力锂离子电池可进行区分筛选，再进行分组。
本发明的进一步设置为：在第一步之前，动力锂离子电池内部保持负压或者电池表面施加压力。
本发明的进一步设置为：动力锂离子电池为铝壳电池或钢壳电池时，对动力锂离子电池内部抽真空，动力锂离子电池内部保持负压的真空度为-90～-10KPa。
本发明的进一步设置为：动力锂离子电池为软包电池时，用夹具对动力锂离子电池表面施加压力，夹具力为300～30000kgf。
通过采用上述技术方案，软包电池指软包锂离子电池。
本发明的进一步设置为：动力锂离子电池是在15-85℃的环境中进行筛选。
本发明的进一步设置为：第二步中，静置时间为10-600s。
本发明的进一步设置为：充电截止电压V1和电压差ΔV的控制限确定方法为：剔除多个电池的V1、ΔV的离群值后，计算多个电池V1的平均值X1、标准差S1；ΔV的平均值ΔX、标准差ΔS，确定控制限的范围为[X1-3S1，X1+3S1]、[ΔX-3ΔS，ΔX+3ΔS]。
本发明的进一步设置为：动力锂离子电池为三元镍钴锰电池或三元镍钴铝电池或磷酸铁锂电池或钛酸锂电池或富锂基电池。
本发明的有益效果是：本发明的动力锂离子电池一致性筛选的方法是通过化成流程实现的，因动力锂离子电池性能的差异绝大部分是由电池反应的动力学差异引起，动力锂离子电池在化成工序通过充电截止电压与静置过程电压变化反应的是电池激活过程负极成膜反应和化学极化，动力锂离子电池化成激活状态的成膜反应和极化可以参考判断动力锂离子电池的一致性，此方法操作简单，实用性强，大大提成电池的配组筛选效率，而且保证电池的一致性和产品优率，具有显著的实际意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例2的不同V1的三元NCM方形电池的常温1C充放电循环曲线，三元NCM代表是三元材料镍钴锰电池。
具体实施方式
实施例1：一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，注液浸润后的磷酸铁锂铝壳方形电池(3.2V86Ah)化成工序进行设置：
温度45±5℃，电池负压设置为-90～-60KPa；
第一步，电池静置3min；
第二步，化成工步先以0.05C(4.3A)电流充电30min，记录充电截止电压V1；
第三步，电池静置3min，记录动力锂离子电池的截止电压V2；
第四步，电池以0.1C(8.6A)电流充电120min；
第五步，静置3min；
第六步，电池以0.2C(17.2A)电流放电至截至电压2.0V；
第七步，静置3min；
第八步，电池以0.5C(43A)电流充电60min，电池化成结束。
在第二步化成充电过程中，确认第二步充电截止电压V1与第三步静置后的截止电压V2之间的电压差ΔV(ΔV＝充电截止电压V1-静置后截止电压V2)，分析1000只电池电压，拆解确认电池界面，剔除V1、ΔV的离群值后，统计计算，计算V1的平均值X1和方差S1、ΔV的平均值ΔX和方差ΔS，X1为2.50，S1为0.05，确认V1的控制限(2.50±0.15)V；ΔX为80mV,ΔS为20/3mV，ΔV的控制限(80±20)mV。同时位于V1控制限内、ΔV控制限内的动力锂离子电池分在一组，模组配组按照2并6串配组，确认模组的动态电压≤10mV，电池的一致性较好。位于V1控制限外、ΔV控制限外的动力锂离子电池可进行区分筛选，进行分组。
实施例2：一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，注液浸润后的三元NCM铝壳方形电池(3.65V32Ah)化成工序进行设置：
温度45±5℃，对电池内部抽真空使其保持负压，电池负压设置为-85～-65KPa，
第一步，电池静置5min；
第二步，化成工步先以0.05C(1.6A)电流充电60min，记录充电截止电压V1；
第三步，电池静置5min，记录动力锂离子电池的截止电压V2；
第四步，电池以0.1C(3.2A)充电180min；
第五步，静置5min；
第六步，电池以0.3C(6.4A)放电至截至电压2.8V；
第七步，静置3min；
第八步，电池以0.3C(9.6A)充电120min，电池化成结束。
在第二步化成充电过程中，确认第二步充电截止电压V1与第三步静置后的截止电压V2之间的电压差ΔV(ΔV＝充电截止电压V1-静置后截止电压V2)，分析500只电池电压，拆解确认电池界面，剔除V1、ΔV的离群值后，统计计算，计算V1的平均值X1和方差S1、ΔV的平均值ΔX和方差ΔS，X1为2.75，S1为0.05，V1的控制限为(2.75±0.15)V；ΔX为100mV,ΔS为20/3mV，静置前后电压差ΔV的控制限为(100±20)mV；同时位于V1控制限内、ΔV控制限内的动力锂离子电池分在一组。
在电池其他电性参数一致的情况下，分别取三个动力锂离子电池，充电截止电压分别为2.70V、2.76V、2.85V,测定三个动力锂离子电池的常温1C充放电循环曲线。参考附图1在电池其它电性能参数一致情况下，第二步不同化成充电电压的常温电池循环曲线，可以看出，化成第二步充电电压越高，电池的循环性能越好，多个锂离子电池的充电截止电压V1越接近，该类型的电池配组，电池的一致性好。
实施例3：注液浸润后的磷酸铁锂软包方形电池(3.2V25Ah)化成工序进行设置：
温度45±5℃，电池表面施加夹具力为600±50Kgf
第一步，电池静置5min；
第二步，化成工步先以0.05C(1.25A)电流充电60min，记录充电截止电压V1；
第三步，电池静置5min，记录动力锂离子电池的截止电压V2；
第四步，电池以0.2C(5A)充电60min；
第五步，静置5min；
第6步，电池以0.5C(12.5A)充电30min，电池化成结束。
在第二步化成充电过程中，确认第二步充电截止电压V1与第三步静置后的截止电压V2之间的电压差ΔV(ΔV＝充电截止电压V1-静置后截止电压V2)，分析100只电池电压，剔除V1、ΔV的离群值后，统计计算，计算V1的平均值X1和方差S1、ΔV的平均值ΔX和方差ΔS，X1为2.45，S1为0.1/3，V1的控制限为(2.45±0.1)V，ΔX为90mV,ΔS为10mV，ΔV的控制限为(90±30)mV，同时位于V1控制限内、ΔV控制限内的动力锂离子电池分在一组，模组配组按照6并配组，确认模组的动态电压≤15mV，电池的一致性较好。
实施例4：一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，与实施例1的不同之处在于，动力电池可以选三元镍钴铝电池或钛酸锂电池或富锂基电池，包装可以选钢壳。电池内部真空度为-90～-10KPa，筛选过程中的环境温度在15-85℃之间。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，其特征在于：包括以下步骤，
第一步，动力锂离子电池以0.01～0.5C电流恒流充电至1％～15％的额定荷电状态，并记录充电截止电压V1；
第二步，静置，并记录动力锂离子电池的截止电压V2；
第三步，计算动力锂离子电池静置前后的电压差ΔV，ΔV＝V1-V2；
第四步，对V1和ΔV选取上下限，挑出超出V1上下限、ΔV上下限的动力锂离子电池，将同时位于V1上下限内、ΔV上下限内的动力锂离子电池分在同一组。
2.根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，其特征在于：还包括，第五步，将同时位于V1上下限内、ΔV上下限内的动力锂离子电池以0.05～0.5C电流恒流充放电，完成电池的化成工序。
3.根据权利要求2所述的一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，其特征在于：还包括第六步，将超出V1和ΔV上下限的动力锂离子电池进行区分筛选。
4.根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，其特征在于：在第一步之前，动力锂离子电池内部保持负压或者电池表面施加压力。
5.根据权利要求4所述的一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，其特征在于：动力锂离子电池为铝壳电池或钢壳电池时，对动力锂离子电池内部抽真空，动力锂离子电池内部保持负压的真空度为-90～-10KPa。
6.根据权利要求4所述的一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，其特征在于：动力锂离子电池为软包电池时，用夹具对动力锂离子电池表面施加压力，夹具力为300～30000kgf。
7.根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，其特征在于：动力锂离子电池是在15-85℃的环境中进行筛选。
8.根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，其特征在于：第二步中，静置时间为10-600s。
9.根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，其特征在于：充电截止电压V1和电压差ΔV的控制限确定方法为：剔除多个电池的V1、ΔV的离群值后，计算多个电池V1的平均值X1、标准差S1；ΔV的平均值ΔX、标准差ΔS，确定控制限的范围为[X1-3S1，X1+3S1]、[ΔX-3ΔS，ΔX+3ΔS]。
10.根据权利要求1所述的一种动力锂离子电池一致性筛选的方法，其特征在于：动力锂离子电池为三元镍钴锰电池或三元镍钴铝电池或磷酸铁锂电池或钛酸锂电池或富锂基电池。
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