CN110797589A - 一种电池电解液环境的调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池性能优化方法领域，尤其涉及一种电池电解液环境的调控方法。所述方法为：对电池施加促进磁场，促进磁场作用在电池电解液上，对电池电解液中的带电粒子进行扰动，促使带电粒子在电池电解液中做曲线运动并通过带电粒子的曲线运动搅动电解液，使电池在充放电过程中保持电解液的流动。本发明通过对电解液环境进行有效的调控，提高电解液的均匀性，能够避免粒子富集、产生浓差等问题，提高电池效率和安全性；能够避免电极活性物质析出沉淀，导致其活性物质减少等问题发生，提高电池使用寿命；避免电池充放电过程转换带来的粒子对冲所产生的降低电池充放电效率及析出沉积等问题发生。
Description
技术领域
本发明涉及电池性能优化方法领域，尤其涉及一种电池电解液环境的调控方法。
背景技术
电池是目前日常生活中最为常见和使用的工具之一，其根据组成来分有汞电池、铅酸蓄电池、锌锰电池、锂电池等分类，又根据工作性质或贮存方式来分，可分为一次电池/原电池、二次电池/可充电池等。用电设备如新能源电动车、电视机遥控器、手机、电子表、无线键盘、无线鼠标、笔记本电脑和电动牙刷等等，其通常会根据需求选用合适种类的电池，如新能源电动车、手机等多采用二次电池，而电子表部分采用二次电池、部分采用一次电池，又如电视机遥控器多采用一次电池。
但是，目前的电池在使用中普遍存在着缺陷，如电池在使用过程中电解液成分不均，存在局部离子富集，进而产生较大的浓差甚至析出沉淀，容易产生安全隐患导致电池爆炸，在二次电池中该现象还会引起电极损耗，在充电过程中所获得的补充小于放电过程的释放，导致电极上活性物质不断减少或电极表面畸变，使得电池性能下降且使用寿命减短，又或者充放电过程中电极表面容易形成离子富集层或氢气/氧气等气体富集层，导致其产生电池爆炸的安全隐患或无法在带电粒子受阻隔、难以通过，导致充放电过程无法正常进行，引起电池性能下降且使用寿命减短等问题发生。另外，在低温下电解液粘度变大，产生了带电粒子扩散能力变弱，导致电池容量下降，内阻升高，放电效率降低等一系列问题。以上缺陷均是现有的电池普遍存在且难以解决的。
为解决上述问题，现有通常采用监控并用算法对电池进行监控的方式改善，如中国专利局于中国专利局于2018年6月19日公开的一种基于改进型BP神经网络的电池SOC值的预测方法的发明专利申请，申请公开号为CN108181591A，其通过算法对电池进行监控和维护管理，以实现提高电池的效率和使用寿命。但即便算法再如何对电池充放电进行调节，其对电解液环境的调节能力仍十分有限，基本无法对电解液环境进行改善。
发明内容
为解决现有的电池在充放电过程中，电解液体系随着时间推移发生改变，并会逐步影响至电极、降低整体电池性能并影响电池使用寿命的问题，本发明提供了一种电池电解液环境的调控方法。其首先要实现以下目的：一、能够长久并持续性地对电解液环境进行有利调控，提高电池电解液成分的均匀性；二、通过对电解液环境的调控避免电池内部产生安全隐患；三、通过对电解液环境的调控促进充放电过程，并减少充放电过程中的电极损耗；四、通过对电解液环境的调控避免带电粒子或气体分子富集等问题发生。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种电池电解液环境的调控方法，
所述方法为：
对电池施加促进磁场，促进磁场作用在电池电解液上，对电池电解液中的带电粒子进行扰动，促使带电粒子在电池电解液中做曲线运动并通过带电粒子的曲线运动搅动电解液，使电池在充放电过程中保持电解液的流动。
现有改善电池性能的方法大多从电极材料、电解液成分或控制算法上进行，对电池的充放电速率、充放电强度和充放电平稳性等方面进行调整，其确实在一定程度上能够提高电池的使用效率和使用寿命，但其提升效果有限，且是一种间接的提升，电池的充放电过程主要是带电粒子的运动过程，而带电粒子是在电解液中进行运动的，由正极形成通过电解液移动至负极或从负极形成通过电解液移动至正极，目前电池中带电粒子的运动基本上都是做直线运动，且由于带电粒子的质量极小，几乎可以忽略，因此其受重力、电池震动或晃动或移动所带来的惯性影响小、几乎能够完全忽略，所以能够对带电粒子运动产生直接干扰的仅有磁场，在磁场中带电粒子的运动方式会完全发生改变，即本发明中的促进磁场。
运动电荷在促进磁场中所受到的力为洛伦兹力，其洛伦兹力的大小主要取决于运动电荷的运动速率、运动电荷的带电量和促进磁场的磁场强度，洛伦兹力的方向主要取决于运动电荷运动方向和促进磁场的磁场方向之间的夹角，运动电荷运动方向和促进磁场的磁场方向之间的夹角还决定了运动电荷是否受力，一般而言，只要运动电荷与促进磁场的磁场方向不平行，运动电荷即会受到洛伦兹力作用，且虽电解液中的带电粒子带电量极小，但其本身质量也极小，因此洛伦兹力能够有效地改变带电粒子的运动形式，使其在电解液中进行曲线运动。
在电解液中曲线运动与直线运动的带电粒子能够产生最显著的区别，即是对电解液的搅动，在非磁或磁场强度低于有效值的环境体系中，带电粒子做直线运动，其由一个电极直接移动到另一个电极，电解液会在带电粒子移动时产生有序的单向流动，但不会产生搅动的效果，单纯有序的单向流动非但不能使得电解液变得更加均匀，反而还会导致局部粒子富集、在电极表面或带电粒子移动过程的必经之途中形成“粒子屏障”，并且在充放电转换时会产生不同的粒子对向移动，“粒子屏障”和对向移动的带电粒子均会使得充放电过程均受到阻碍，而带电粒子做曲线运动时，每个带电粒子都会变成细微的“转子”，其在洛伦兹力产生的扰动作用下所做的曲线运动会对电解液产生一定程度的搅动，电池中带电粒子是大量的，因此产生的搅动效果是非常明显的，搅动电解液又会对带电粒子的运动产生干扰，使得带电粒子的运动无序化程度大幅度上升，无序性运动能够几乎完全避免“粒子屏障”的产生，带电粒子无法在无序化运动中富集在电池电解液中的某处，并且在促进磁场作用下，充放电转换时对向移动的带电粒子会在洛伦兹力和经搅动的电解液作用下产生类似规避的效果，如在恒定磁场中其产生的螺旋运动是同向螺旋的，不会产生碰撞，因此能够避免对向移动的带电粒子产生碰撞、互相阻碍的问题。
在带电粒子的运动方式产生改变后，首先电解液在搅动作用下均匀性会得到明显的提升，有效避免粒子富集所产生的安全隐患，并且能够避免由于长时间富集析出、使得电极活性物质无法在充放电过程中得到补充等问题，实现提高电池效率、提高电池使用安全性和使用寿命的目的。
作为优选，
所述促进磁场由单个或多个源磁场组合形成。
源磁场能够直接形成促进磁场，也能够通过组合形成复杂的促进磁场，促进磁场越复杂、电解液中的带电粒子运动无序性越大，能够更好地避免富集及电解液成分不均问题的发生，所产生的有益效果也愈发明显。
作为优选，
所述源磁场为恒定磁场或时变电磁场。
恒定磁场能够对带电粒子产生持久且稳定的扰动，带电粒子在恒定磁场的作用下所产生的无序运动更加稳定，不会发生剧烈波动，但无序性程度弱于时变电磁场对带电粒子产生扰动时带电粒子的无序性，时变电磁场由于其磁场强度呈周期性变化，因此其对带电粒子的扰动效果本身也具备一定的周期性，结合电解液的搅动效果，带电粒子在时变电磁场中运动的无序性要大于恒定磁场，但恒定磁场可通过永磁体简单提供，时变电磁场却需要交流电磁铁形成，占用空间要略大于永磁体并且不宜同时设置多个，具备一定的局限性，因此两者各有优点和缺陷，但两者同时使用可实现互补、形成更加复杂的磁场。
作为优选，
所述促进磁场的磁场强度≥0.02T。
在几乎所有电池的电解液中，形成磁场强度≥0.02T的促进磁场，均能够对电池电解液环境进行良好的调控效果。在时变电磁场中，此处所述的磁场强度为时变电磁场峰值磁场强度并记其绝对值，不对时变电磁场的低值磁场强度进行考虑，但最优选时变电磁场的磁场强度≥0.4T，以确保其磁场强度≥0.02T的状态时长较长，产生的效果更加明显。
作为优选，
所述促进磁场的磁场强度为0.02～4T。
在某些电池体系中，磁场强度过大不但无法提高电池性能和使用寿命，还会对其产生负面的影响，如在铅酸蓄电池中容易导致隔膜负荷增大，容易产生隔膜破损等问题。因此，将促进磁场的磁场强度控制在该范围内，便能适用于几乎所有的现有的电池体系。
作为优选，
所述促进磁场的磁场方向与电池中正负极连线夹角为α，其0°≤α≤180°。
正负极连线方向可视作电池中带电粒子在无磁场作用下做直线运动的运动方向，因此磁场方向不与正负极连线方向平行即磁场方向不与电池中带电粒子在无磁场作用下做直线运动的运动方向平行，以确保促进磁场能够对带电粒子产生显著的扰动效果。
作为优选，
所述促进磁场的发生源设置在电池内部和/或电池外部。
源磁场的设置可根据电池体系进行调整，仅需源磁场在电池的电解液体系中形成足够大小的磁场强度即可。
作为优选，
所述电池为干电池或液体电池。
干电池或液体电池中均存在带电粒子的移动，区别在于干电池中电解液为糊状，因此干电池实际上对本发明的需求性更大，因为糊状的电解液导致其电解液的无序程度受限程度更高。
本发明的有益效果是：
1)能够对电解液环境进行有效的调控，提高电解液的均匀性；
2)能够避免粒子富集、产生浓差等问题，提高电池效率和安全性；
3)能够避免电极活性物质析出沉淀，导致其活性物质减少等问题发生，提高电池使用寿命；
4)避免电池充放电过程转换带来的粒子对冲所产生的降低电池充放电效率及析出沉积等问题发生。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如无特殊说明，本发明实施例所用原料均为市售或本领域技术人员可获得的原料；如无特殊说明，本发明实施例所用方法均为本领域技术人员所掌握的方法。
实施例1
选用市购所得的深圳特威新能源(Tewaycell/OEM)CR2032锂锰电池(标准电池容量240mAh)作为试验主体进行本发明技术方案试验，本实施例中所选用的CR2032锂锰电池为同批次已出厂存放8个月的全新未开封电池。
首先在CR2032锂锰电池外部设置两个相对称的电磁铁，以所设置的两个相对称的电磁铁产生的源磁场作为作用于CR2032电池电解液的促进磁场，且α为45°(计算磁场发散后α为42～47°)，通过等效测试(即将CR2032电池移开后对其所处位置范围内磁场进行多次、持续的测量)促进磁场的磁场强度为2.6～2.8T，稳定CR2032电池和源磁场，对CR2032进行性能检测，并同时对未设置磁场的CR2032锂锰电池进行同等检测，以实现对比。
检测具体包括：
1)电池容量(mAh)检测：在环境温度20±1℃的条件下，进行放电检测，放电电流为0.5mA、1.0mA、2.0mA、4.0mA(最大连续放电电流)，通过测量由起始电压放电至其终止电压所用时间(以小时计，为方便计算，如4h30min0s计算为5h，4h29min59s计算为4h)，计算电池容量，其中每种放电电流各选用20个施加促进磁场的CR2032锂锰电池和20个未施加促进磁场的CR2032锂锰电池进行，总共选用80个施加促进磁场的CR2032锂锰电池和80个未施加促进磁场的CR2032锂锰电池，其中施加促进磁场的CR2032锂锰电池编号由S1C1至S1C80，未施加促进磁场的CR2032锂锰电池编号由S1N1至S1N80，检测结果如下表表1所示(其中电池容量采用放电时间均值进行计算)。
表1 实施例1放电测试电容量记录及结果
从上表表1可明显看出，施加有促进磁场的CR2032锂锰电池在放电电流增大后，仍能够保持较高的电池容量，在最大连续放电电流条件下检测时，通常由于电流过大、电池电解液中的电极有效成分会产生大量析出沉淀和脱落的问题，导致电池容量快速下降，尤其在常规小型纽扣电池中，该现象极为明显，如S1N61-S1N80编号电池的平均电池容量，相较标准电池容量下降了高达26.5％，保持率仅为73.5％，而在本申请方法调控后，如S1C61-S1C80编号电池在促进磁场的作用下，相较标准电池容量仅下降7.3％，保持率高达92.7％，产生了非常显著的优化效果。
实施例2
选用市购所得的深圳特威新能源(Tewaycell/OEM)CR2032锂锰电池(标准电池容量240mAh)作为试验主体进行本发明技术方案试验，本实施例中所选用的CR2032锂锰电池为同批次已出厂存放8个月的全新未开封电池。
首先在CR2032锂锰电池外部设置两个相对称的直流电磁铁，以所设置的两个相对称的直流电磁铁产生的恒定磁场为源磁场，作为作用于CR2032电池电解液的促进磁场，且α为45°(计算磁场发散后α为42～47°)，稳定CR2032电池和源磁场，对CR2032进行性能检测，并同时对未设置磁场的CR2032锂锰电池进行同等检测，以实现对比。
检测具体包括：
1)电池容量(mAh)检测：在环境温度20±1℃的条件下，进行放电检测，放电电流为4.0mA(最大连续放电电流)，通过对电磁铁的控制调控促进磁场的磁场强度分别为0.5～0.6T、1.3～1.4T、1.8～2.0T、2.6～2.8T、3.4～3.5T和3.9～4.0T，通过测量由起始电压放电至其终止电压所用时间(以小时计，为方便计算，如4h30min0s计算为5h，4h29min59s计算为4h)，计算电池容量，其中每种促进磁场的磁场强度各选用20个施加促进磁场的CR2032锂锰电池和20个未施加促进磁场的CR2032锂锰电池进行，总共选用120个施加促进磁场的CR2032锂锰电池和120个未施加促进磁场的CR2032锂锰电池，其中施加促进磁场的CR2032锂锰电池编号由S2C1至S2C120，未施加促进磁场的CR2032锂锰电池编号由S2N1至S2N120，检测结果如下表表2所示(其中电池容量采用放电时间均值进行计算)。
表2 实施例2放电测试电容量记录及结果
从上表表2可明显看出，在使用本发明技术方案施加促进磁场的条件下，即便促进磁场的磁场强度仅为0.5～0.9T，也能够显著改善电池放电效果。在0.5～0.9T磁场强度范围内，电池容量保持率为80.2％；在0.9～1.4T磁场强度范围内，电池容量保持率为88.2％；在1.4～2.0T磁场强度范围内，电池容量保持率为91.8％；在2.0～2.8T磁场强度范围内，电池容量保持率为93.0％；在2.8～3.5T磁场强度范围内，电池容量保持率为94.5％；在3.5～4.0T磁场强度范围内，电池容量保持率高达96.0％，而在无促进磁场的条件下，其电池容量的保持率依次为73.3％、74.3％、73.0％、72.8％、71.0％和73.2％，保持率均较低。由此可明显看出，本发明技术方案产生了非常显著的效果。
实施例3
选用市购所得的深圳云开LIR1220电池(标准电池容量8mAh的二次锂电池)作为试验主体进行本发明技术方案试验，本实施例中所选用的LIR1220电池为同批次已出厂存放11个月的全新未开封电池。
首先在LIR1220电池外部设置两个相对称的直流电磁铁，以所设置的两个相对称的直流电磁铁产生的源磁场作为作用于LIR1220电池电解液的促进磁场，且α为30°(计算磁场发散后α为28～32°)，通过等效测试(即将LIR1220电池移开后对其所处位置范围内磁场进行多次、持续的测量)促进磁场的磁场强度为0.4～0.5T，稳定LIR1220电池和源磁场，对LIR1220进行性能检测，并同时对未设置磁场的LIR1220电池进行同等检测，以实现对比。
检测具体包括：
1)常温循环性能检测：在环境温度20±1℃的条件下，进行放电检测，放电电流为2mA(0.25C)、4mA(0.5C)、8mA(1.0C)，通过测量由起始电压放电至其终止电压所用时间(以分钟计，为方便计算，如40min30s计算为41min，40min29s计算为40min)，计算500次循环后的电池容量保持率，其中每种放电电流各选用20个施加促进磁场的LIR1220电池和20个未施加促进磁场的LIR1220电池进行，总共选用60个施加促进磁场的LIR1220电池和60个未施加促进磁场的LIR1220电池，其中施加促进磁场的LIR1220电池编号由S3C1至S3C60，未施加促进磁场的LIR1220电池编号由S3N1至S3N60，检测结果如下表表3所示(其中电池容量采用放电时间均值进行计算)。
表3 实施例3常温循环性能测试记录及结果
从上表表3可明显看出，本身所选深圳云开LIR1220由于具有1C放电的能力，能够在8mA电流放电的条件下实现高电池容量放电，但在持续进行放电循环后，其电池容量快速下降，其中2mA放电500次循环后电池容量下降高达10.2％，电池容量保持率仅为89.8％，4mA放电500次循环后电池容量下降高达13.1％，电池容量保持率仅为86.9％，8mA放电500次循环后电池容量下降高达22.9％，电池容量保持率仅为77.1％，但在施加促进磁场后，其在2mA电流放电循环500次后，其仍能够保持高达93.8％的放电容量保持率，甚至在放电电流持续增大至8mA后，其电池容量下降仅为14.8％，电池容量保持率高达85.2％，产生了非常优异的效果；
2)低温循环性能检测：在环境温度5±1℃的条件下，进行放电检测，充放电采用的电流分别为2mA(0.25C)、4mA(0.5C)和8mA(1.0C)，通过测量由起始电压放电至其终止电压所用时间(以分钟计，为方便计算，如40min30s计算为41min，40min29s计算为40min)，计算电池容量，其中每种放电电流各选用20个施加促进磁场的LIR1220电池和20个未施加促进磁场的LIR1220电池进行，总共选用60个施加促进磁场的LIR1220电池和60个未施加促进磁场的LIR1220电池，其中施加促进磁场的LIR1220电池编号由S3C61至S3C120，未施加促进磁场的LIR1220电池编号由S3N61至S3N120，检测结果如下表表4所示(其中电池容量采用放电时间均值进行计算)。
表4 实施例3低温循环性能测试记录及结果
从上表表4可明显看出，本身所选LIR1220在低温下循环性能下降迅速，8mA下至50次循环后其电池容量下降高达53.9％，电池容量保持率仅为46.1％，但在施加促进磁场后，其电池容量下降仅为45.5％，电池容量保持率达55.5％，产生了较好的效果。
实施例4
选用市购所得的深圳力源2477锂离子电池(标准电池容量180mAh的二次锂电池)作为试验主体进行本发明技术方案试验，本实施例中所选用的深圳力源2477锂离子电池为同批次已出厂存放7个月的全新未开封电池。
首先在深圳力源2477锂离子电池外部设置两个相对称的直流电磁铁，以所设置的两个相对称的直流电磁铁产生的恒定磁场为源磁场，作为作用于深圳力源2477锂离子电池的促进磁场，且α为30°(计算磁场发散后α为27～32°)，稳定深圳力源2477锂离子电池和源磁场，对深圳力源2477锂离子电池进行性能检测，并同时对未设置磁场的深圳力源2477锂离子电池进行同等检测，以实现对比。
检测具体包括：
1)循环性能检测：在环境温度20±1℃的条件下，进行充放电400次循环检测(一充一放为一循环)，检测过程标定充放电电流为360mA(2C充放电)，通过对电磁铁的控制调控促进磁场的磁场强度分别为0.5～0.6T、0.8～1.0T、1.4～1.5T、1.8～2.0T、2.3～2.4T、2.7～2.8T和3.9～4.0T，通过测量由起始电压放电至其终止电压所用时间(以分钟计，为方便计算，如40min30s计算为41min，40min29s计算为40min)，计算电池容量，其中每种促进磁场的磁场强度各选用20个施加促进磁场的深圳力源2477锂离子电池和20个未施加促进磁场的深圳力源2477锂离子电池进行，总共选用140个施加促进磁场的深圳力源2477锂离子电池和140个未施加促进磁场的深圳力源2477锂离子电池，其中施加促进磁场的深圳力源2477锂离子电池编号由S4C1至S4C140，未施加促进磁场的深圳力源2477锂离子电池编号由S4N1至S4N140，检测结果如下表表5所示(其中电池容量采用放电时间均值进行计算)。
表5 实施例4循环性能检测结果
从上表表5中可明显看出，在施加促进磁场的条件下，2477电池的电池容量保持率要优于未施加促进磁场的电池，在较低的磁场强度下，即磁场强度为0.5～0.8T时，其提升幅度也很明显，容量保持率在68.46％。在磁场强度达到1.8T后，其400次循环后的电池容量保持率得到剧烈提升，并当促进磁场的磁场强度在2.7～2.8T范围内和3.9～4.0T范围内时，其在100次循环后的电池容量保持率均可达到80％以上，产生了非常显著的效果。
实施例5
市购两个广东佛山安保乐蓄电池ABL-0009A(12V7AH铅酸蓄电池)作为试验主体进行本发明技术方案试验，本实施例中所选用的蓄电池ABL-0009A为同批次已出厂存放4个月的全新未开封电池。
打开一个蓄电池ABL-0009A顶盖并在顶盖内侧的几何中心处固定一个永磁体，在永磁体表面包覆防水且具备一定防腐蚀性能的高分子隔膜，将顶盖盖合装回蓄电池ABL-0009A顶部后永磁体高于电解液液面。通过等效测试测得促进磁场覆盖在电解液上的磁场强度为0.5～0.8T，其α为90°(考虑磁场发散则0≤α≤180°)，将内置有永磁体、形成施加促进磁场的蓄电池ABL-0009A编号为S5C1，将未施加促进磁场的蓄电池ABL-0009A编号为S5N1，对两个蓄电池ABL-0009A进行性能检测。为避免高强度检测对电池本身造成的损耗导致后续测量准确性下降问题发生，从对电池损伤更小的检测开始进行。
具体检测依次如下进行：
1)单循环电池容量检测：
(1-1)50mA单循环充放电检测，将S5C1和S5N1置于环境温度20±1℃的条件下，分别连接形成闭合回路，使其进行50mA的稳定放电，测定其由起始电压放电至终止电压的时长并计算其电池容量，随后以50mA电流对其进行稳定充电，通过电流表对电路电流进行检测，当电流降至30mA以下后判定其满电，该过程中测定其充电时长并计算其电池容量；
(1-2)100mA单循环充放电检测，将S5C1和S5N1置于环境温度20±1℃的条件下，分别连接形成闭合回路，使其进行100mA的稳定放电，测定其由起始电压放电至终止电压的时长并计算其电池容量，随后以100mA电流对其进行稳定充电，通过电流表对电路电流进行检测，当电流降至35mA以下后判定其满电，该过程中测定其充电时长并计算其电池容量；
(1-3)0.5A单循环充放电检测，将S5C1和S5N1置于环境温度20±1℃的条件下，分别连接形成闭合回路，使其进行0.5A的稳定放电，测定其由起始电压放电至终止电压的时长并计算其电池容量，随后以0.5A电流对其进行稳定充电，通过电流表对电路电流进行检测，当电流降至35mA以下后判定其满电，该过程中测定其充电时长并计算其电池容量；
(1-4)1A单循环充放电检测，将S5C1和S5N1置于环境温度20±1℃的条件下，分别连接形成闭合回路，使其进行1A的稳定放电，测定其由起始电压放电至终止电压的时长并计算其电池容量，随后以1A电流对其进行稳定充电，通过电流表对电路电流进行检测，当电流降至35mA以下后判定其满电，该过程中测定其充电时长并计算其电池容量；
(1-5)1C单循环充放电检测，将S5C1和S5N1置于环境温度20±1℃的条件下，分别连接形成闭合回路，使其进行7A的稳定放电，测定其由起始电压放电至终止电压的时长并计算其电池容量，随后以7A电流对其进行稳定充电，通过电流表对电路电流进行检测，当电流降至35mA以下后判定其满电，该过程中测定其充电时长并计算其电池容量；
以上1-5)检测结束后以50mA放电速率对S5C1和S5N1进行放电72h后以12V额定电压对其进行充电，至充满进行下一步检测；
2)更改S5C1内部的永磁体为具有更高磁场强度的永磁体或直流电磁铁，进行与1-3)相同的0.5A单循环充放电检测，依次形成磁场强度为0.9～1.3T(检测编号2-1)、1.5～2.0T(检测编号2-2)和3.5～4.0T(检测编号2-3)的促进磁场，记录检测结果，同时对S5N1进行同步充放电，检测结束后将S5C1内部的磁体更换回1)检测所用的永磁体，使促进磁场强度回调至0.5～0.8T再以50mA放电速率对S5C1和S5N1进行放电72h后以12V额定电压对其进行充电，至充满进行下一步检测；
3)循环性能检测：
(3-1)同时对S5C1和S5N1进行充放电30次循环检测，检测过程中标定充电时采用的电流为3.5A(0.5C充电)，放电时采用的电流为3.5A(0.5C放电)，对第30个循环的充放电过程进行监控，记录其各自充放电的时长，计算其该循环的电池容量；
(3-2)继续对S5C1和S5N1进行充放电20次循环检测(总计50次)，检测过程中标定充电时采用的电流为3.5A(0.5C充电)，放电时采用的电流为3.5A(0.5C放电)，对第20个循环的充放电过程进行监控(即对总计第50个循环的充放电过程进行监控)，记录其各自充放电的时长，计算其该循环的电池容量；
(3-3)继续对S5C1和S5N1进行充放电50次循环检测(总计100次)，检测过程中标定充电时采用的电流为3.5A(0.5C充电)，放电时采用的电流为3.5A(0.5C放电)，对第50个循环的充放电过程进行监控(即对总计第100个循环的充放电过程进行监控)，记录其各自充放电的时长，计算其该循环的电池容量。
整理上述试验结果为下表表6，为方便计算，充电时间/放电时间以分钟计并精确到分钟，如7min30s计算为8min，7min29s计算为7min。
表6 实施例5检测结果
从上表表6所记载的数据及对比结果可明显看出，通过施加促进磁场能够对蓄电池ABL-0009A的电池性能进行明显的改善，尤其在高速单循环充放电(1C单循环充放电)及较高速连续充放电循环(0.5C循环充放电)测试过程中，产生了较为优异的效果。对比检测编号(1-5)结果可明显看出，在施加有促进磁场后，在高速单循环充放电后S5C1的总电池容量保持率还高达95.83％，而S5N1在高速单循环充放电后总电池容量保持率快速下降至80.83％，产生严重的下降，虽其在后续养护过程中产生了较大程度的恢复，但其必然在连续1C充放电后会导致电池快速老化甚至损坏，而在施加促进磁场后则可有效避免该问题。对比检测编号(3-1)、(3-2)和(3-3)可明显看出，在施加促进磁场后，蓄电池ABL-0009A能够在连续100次0.5C充放电循环后仍保持在90％以上的电容量，但未施加促进磁场的常规蓄电池ABL-0009A在连续100次0.5C充放电循环后总电池容量的保持率仅剩余78.75％，产生了严重的下降，难以适应0.5C连续充放电的使用。
实施例6
选用两板共二十片市购所得的Power One P675锌空气电池作为试验主体进行本发明技术方案试验，本实施例中所选用的Power One P675为同批次出厂已存放6个月的产品。
将十片市购所得的Power One P675锌空气电池施加促进磁场，在侧面均匀粘粘六个橡胶磁产品，六个橡胶磁产品形成组合形成复杂的促进磁场，其所形成的促进磁场α＝90°(考虑磁场发散则0≤α≤180°)。将施加有促进磁场的Power One P675进行编号，将其编号为S6C1至S6C10，对其进行等效测试测定其促进磁场的磁场强度，将未施加有促进磁场的Power One P675锌空气电池编号为S6N1至S6N10。对二十片Power One P675锌空气电池进行检测，具体检测包括：
1)激活速率检测，将待测电池置于环境温度20±1℃、湿度相对湿度55±5％的条件下，连接电压表，测定其恢复至5V标压所需的时间，具体测试结果如下表表7所示；
2)激活后连续工作时长检测，将二十片Power One P675锌空气电池分别搭建在相同的回路中，使其以额定电压1.45V进行同等的工作，测定工作时长(以天计数，测试由正午12：00分开始，为方便记录，至午夜23：59为第一天，至24：00/0：00即为第二天，记工作时长一天)，具体测试结果如下表表7所示。
表7 Power One P675激活时间及连续工作时长
| 电池编号 | 促进磁场强度(T) | 激活时间(s) | 连续工作时长(天) |
| S6C1 | 0.5-0.6 | 186 | 34 |
| S6C2 | 0.4-0.5 | 201 | 32 |
| S6C3 | 0.6-0.7 | 189 | 32 |
| S6C4 | 0.5-0.6 | 188 | 34 |
| S6C5 | 0.5-0.5 | 182 | 33 |
| S6C6 | 0.5-0.6 | 189 | 32 |
| S6C7 | 0.6-0.7 | 183 | 34 |
| S6C8 | 0.5-0.6 | 190 | 32 |
| S6C9 | 0.5-0.6 | 187 | 33 |
| S6C10 | 0.5-0.6 | 186 | 32 |
| S6N1 | / | 297 | 24 |
| S6N2 | / | 299 | 23 |
| S6N3 | / | 302 | 23 |
| S6N4 | / | 289 | 23 |
| S6N5 | / | 317 | 24 |
| S6N6 | / | 301 | 22 |
| S6N7 | / | 299 | 23 |
| S6N8 | / | 304 | 23 |
| S6N9 | / | 301 | 24 |
| S6N10 | / | 294 | 23 |
从上表表7可明显看出，在施加促进磁场后Power One P675锌空气电池的激活速率大大提高，激活时间基本可缩短达40％，并且在施加有促进磁场后，Power One P675锌空气电池的可工作时间基本可延长约33％，产生了非常显著的优化效果。
实施例7
选用两个市购所得的瑞普锂电CB7914897型号电动汽车电池(标称容量120Ah)作为试验主体进行本发明技术方案试验，所购得的两个CB7914897型号电池为同批次出厂不满一个月的全新未开封电池。
将两个CB7914897型号电池分别编号为S7C1和S7N1，在S7C1编号电池外侧绕设线圈，并通电形成电磁铁，通过线圈通电量可形成不同的磁场强度，即可对S7C1编号电池内部的电解液施加促进磁场，并且促进磁场的磁场强度大小可调。其所形成的促进磁场α＝90°(考虑磁场发散则0≤α≤180°)。
对S7C1和S7N1进行性能检测，具体检测包括以下：
1)线圈通直流电形成恒定磁场的条件下进行单循环性能检测，恒定磁场形成促进磁场，促进磁场通过等效测试测得其强度为1.6～1.8T：
(1-1)1A单循环充放电检测，将S7C1和S7N1置于环境温度20±1℃的条件下，分别连接形成闭合回路，使其进行1A的稳定放电，测定其由起始电压放电至终止电压的时长并计算其电池容量，随后以1A电流对其进行稳定充电，通过电流表对电路电流进行检测，当电流降至0.5A以下后判定其满电，该过程中测定其充电时长并计算其电池容量；
(1-2)4A单循环充放电检测，将S7C1和S7N1置于环境温度20±1℃的条件下，分别连接形成闭合回路，使其进行4A的稳定放电，测定其由起始电压放电至终止电压的时长并计算其电池容量，随后以4A电流对其进行稳定充电，通过电流表对电路电流进行检测，当电流降至0.65A以下后判定其满电，该过程中测定其充电时长并计算其电池容量；
(1-3)12A单循环充放电检测，将S7C1和S7N1置于环境温度20±1℃的条件下，分别连接形成闭合回路，使其进行12A的稳定放电，测定其由起始电压放电至终止电压的时长并计算其电池容量，随后以12A电流对其进行稳定充电，通过电流表对电路电流进行检测，当电流降至0.65A以下后判定其满电，该过程中测定其充电时长并计算其电池容量；
(1-4)1C单循环充放电检测，将S7C1和S7N1置于环境温度20±1℃的条件下，分别连接形成闭合回路，使其进行120A的稳定放电，测定其由起始电压放电至终止电压的时长并计算其电池容量，随后以120A电流对其进行稳定充电，通过电流表对电路电流进行检测，当电流降至0.65A以下后判定其满电，该过程中测定其充电时长并计算其电池容量；
(1-5)200A超负荷单循环充放电检测，将S7C1和S7N1置于环境温度20±1℃的条件下，分别连接形成闭合回路，使其进行200A的稳定放电，测定其由起始电压放电至终止电压的时长并计算其电池容量，随后以200A电流对其进行稳定充电，通过电流表对电路电流进行检测，当电流降至0.65A以下后判定其满电，该过程中测定其充电时长并计算其电池容量；以上1-5)检测结束后以2A放电电流对S7C1和S7N1进行放电60h后以44A充电电流对其进行简单的养护性充电，至充满进行下一步检测；
2)线圈通交流电形成时变电磁场的条件下进行单循环性能检测，时变电磁场形成促进磁场，在测试前通过等效测试对时变电磁场进行持续监控，测试位置为直流电所产生的恒定磁场峰值磁场强度所处位置，测定时变电磁场的峰值强度：
(2-1)1C单循环充放电检测，将S7C1和S7N1置于环境温度20±1℃的条件下，分别连接形成闭合回路，使其进行120A的稳定放电，测定其由起始电压放电至终止电压的时长并计算其电池容量，随后以120A电流对其进行稳定充电，通过电流表对电路电流进行检测，当电流降至0.65A以下后判定其满电，该过程中测定其充电时长并计算其电池容量，该过程中稳定S7C1外部所绕设的线圈所连通交流电的稳定性，控制其电流及频率变动≤2％；
(2-2)至(2-5)对交流电电流及频率进行调整，同样根据(2-1)进行120A单循环充放电检测；
整理上述试验结果为下表表8，为方便计算，充电时间/放电时间以分钟计并精确到分钟，如7min30s计算为8min，7min29s计算为7min。
表8 实施例7检测结果
从上表表8可明显看出，CB7914897本身具有较为良好的性能，但在超1C工作后其电池容量会产生显著且快速的下降，如S7N1在200A充放电单循环后电池容量仅余69.44％，而在施加促进磁场后，S7C1以200A电流进行单循环充放电后，其电池容量剩余高达84.72％，虽然其在保养性充放电后可大幅度恢复至接近原总电池容量的程度，但其在多次进行超负荷工作后，电池容量不可避免会出现不可逆损耗，而在施加促进磁场后，损耗可大幅度降低，尽可能地实现对电池的保护，并且结合(1-4)及(2-1)至(2-5)的检测结果，其表明在磁场峰值强度接近的情况下，时变电磁场形成的促进磁场对电池电解液体系的改善更加明显，其在电容量保持率上更高，单纯看(2-1)至(2-5)的试验结果也可明显看出，进行连续的1C充放电对电池的损耗也是较为严重的，但在时变电磁场所形成的促进磁场的作用下，其损耗大幅度下降，几乎可稳定在一定范围内，产生了非常优异的技术效果。
实施例8
将实施例3编号为S3N41-S3N60的旧电池重新编号，先对其以65mA电流进行充电至电满后(充电电流降至3mA)，将S3N41至S3N50依次重新编号为S8C1至S8C10，S3N51至S3N60依次重新编号为S8N1至S8N10，利用交流电磁铁形成-2.6～2.6T磁场强度的时变电磁场，利用直流电磁铁形成恒定磁场，将恒定磁场与时变电磁场-1.1～1.1T磁场强度的区域重合形成磁场强度为0.6～2.9T的促进磁场，磁场α为0～180°，将S8C1至S8C10分别置于促进磁场中进行检测，并同时对无施加促进磁场的S8N1至S8N10电池进行检测。
具体检测包括：
1)电池容量(mAh)检测：在环境温度20±1℃的条件下，进行放电检测，放电电流为65mA(1C放电电流)，通过测量由起始电压放电至其终止电压所用时间(以分钟计，秒数换算为分钟数小数点，精确到小数后两位)，计算电池容量，检测结果如下表表9所示(其中电池容量采用放电时间均值进行计算)。
表9 实施例8单循环放电电池容量检测
从上表表9可明显看出，在经过100mA高强放电和1C充电后，本身LIR1220电池容量已经出现损耗，但由于其并不全是永久性的不可逆损耗，因此在一定程度上是可修复的。在促进磁场中即实现了这一修复和强化，使得其电池容量能够得以提升，产生了优异的效果。
Claims (8)
1.一种电池电解液环境的调控方法，其特征在于，
所述方法为：
对电池施加促进磁场，促进磁场作用在电池电解液上，对电池电解液中的带电粒子进行扰动，促使带电粒子在电池电解液中做曲线运动并通过带电粒子的曲线运动搅动电解液，使电池在充放电过程中保持电解液的流动。
2.根据权利要求1所述的一种电池电解液环境的调控方法，其特征在于，
所述促进磁场由单个或多个源磁场组合形成。
3.根据权利要求2所述的一种电池电解液环境的调控方法，其特征在于，
所述源磁场为恒定磁场或时变电磁场。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种电池电解液环境的调控方法，其特征在于，
所述促进磁场的磁场强度≥0.02T。
5.根据权利要求4所述的一种电池电解液环境的调控方法，其特征在于，
所述促进磁场的磁场强度为0.4～4T。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种电池电解液环境的调控方法，其特征在于，
所述促进磁场的磁场方向与电池中正负极连线夹角为α，其0°＜α＜180°。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种电池电解液环境的调控方法，其特征在于，
所述促进磁场的发生源设置在电池内部和/或电池外部。
8.根据权利要求1所述的一种电池电解液环境的调控方法，其特征在于，
所述电池为干电池或液体电池。
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