CN110797593A - 一种可再生电源的激活方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可再生电源的激活方法，通过将可再生电源过充电至常规充电截止电压以上，从而激活电极材料，减小电池内阻，消除电极的极化，恢复电池的部分充放电容量。本发明的方法，能够对容量衰减的电池进行激活，使被激活电池的容量恢复接近至原始容量，并且延长电池的循环寿命。
Description
技术领域
本发明涉及可再生电源技术领域，特别是涉及一种可再生电源的激活方法。
背景技术
随着可再生电源(尤其是锂电池)技术的快速发展，可再生电源作为动力、储能电源亦开始得到大量应用。对于大功率的动力电源，通常将若干个电池单体串、并联形成电池组，而电池组中任意电池单体的性能劣化，均会导致整个电池组的性能严重受损，甚至会引发电池的安全性失控等问题。因此需要对电池组中的电池单体进行定期的维护和激活，避免电池单体的性能劣化。
发明内容
本发明提供了一种可再生电源的激活方法，通过将可再生电源过充电至常规充电截止电压以上，从而激活电极材料，减小电池内阻，消除电极的极化，恢复电池的部分充放电容量。本发明的方法，能够对容量衰减的电池进行激活，使被激活电池的容量恢复接近至原始容量，并且延长电池的循环寿命。
具体的方案如下：
一种可再生电源激活方法，其中包括以下步骤：
1)、将可再生电源充电至截止电压，所述截止电压为4.0-4.5V；
2)、然后继续充电至过充电截止电压；
3)、将充电至过充电截止电压的电池，在所述过充电截止电压附近进行低频交流充放电循环若干次。
进一步的，所述步骤1中的截止电压为4.35V。
进一步的，所述步骤3中低频交流充放电循环2-8次，低频频率为10-15Hz，电流为0.1-0.2C，单次循环作用时间为60-180s，间隔30-60s。
进一步的，所述步骤3中低频交流充放电循环8次。
进一步的，所述步骤3中单体循环作用时间为80s，间隔30s。
优选的，所述可再生电源选自碳系锂离子电池、硅系锂离子电池、锂硫电池或锂聚合物电池。
一种可再生电源组的运行方法，其中包括以下步骤：
a)、对电池进行筛选和激活，其包括：
1)、将容量差在第一阈值以内的电池，以10-30mA的电流充电10-15小时，同时同步测量电池SOC(％)，对SOC增加量进行时间归一化，获得SOC增加速度dΔSOC+/dΔt；
2)、静置0.5-1h，将SOC增加速度与基准值的差值在第二阈值以外的电池作为待激活电池；
3)、将上述待激活电池充电至截止电压，所述截止电压为4.0-4.5V；
4)、然后继续充电至过充电截止电压；
5)、将充电至过充电截止电压的电池，在所述过充电截止电压附近进行低频交流充放电循环若干次；
b)、对激活后的电池进行再化成，其包括：
(1)、以0.2-0.3C的电流恒流充电至电池电压为2.7V；
(2)、停止充电，静置3-5小时；
(3)、以2.7V恒压充电，直至充电电流成为涓流以下，其中，上述涓流充电电流为0.03μA；
(4)、停止充电，静置2.5-3.5小时；
(5)、以3.3-3.6V的交流电压，35-50Hz的频率进行方波交流充电，充电时间为2.5-3.5小时；
(6)、停止充电，静置5-7小时；
(7)、以0.55-0.65C的电流恒流充电至终止电压为4.0-4.2V；
(8)、停止充电，静置0.5-1.5小时；
(9)、以步骤(7)的终止电压恒压充电，直至充电电流成为涓流以下，其中，上述涓流充电电流为0.02μA；
(10)、以4.2V的交流电压，55-65Hz的频率进行方波交流充电，充电时间为3.5-4.5小时；
(11)、停止充电，静置2-3小时；
(12)、以0.75-0.85C的电流恒流充电至终止电压为5V；
(13)、停止充电，静置0.5-1小时；
(14)、以0.3-0.5C的放电电流放电至电池电压为2.3V；
(15)、重复上述步骤(1)-步骤(14)3-4次；
(16)、以0.8C的充电电流充电至电池电压为5V，最后恒压5V充电5-6小时。
本发明具有如下有益效果：
1、根据不同电池的充电效率衰减程度的不同，从而精确的筛选出待激活的电池；
2、在过充电位下采用低频交流电激活，降低电池内阻，刺激SEI膜的再生，抑制电池容量的下降，恢复电池容量。
3、再化成工艺中，通过方波交流充电方式，配合低频交流电激活工艺，进一步释放电池容量，提高电极材料表面SEI膜的柔韧性，在高频率充电使用的工况下不易破损，从而稳定保护电极材料的结构，提高电池的使用寿命和安全性。
具体实施方式
本发明下面将通过具体的实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。
试验例：
商用铁碳系锂二次电池(也可使用商用18650电池)，所述电池包含正极、负极以及置于正极、负极之间的隔膜，所述正极包含正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述负极包含负极活性物质、粘结剂。隔膜包括聚丙烯/聚乙烯复合膜；正极活性物质为磷酸铁锂，负极活性物质为人造石墨；导电剂为超导炭黑，粘结剂为PVDF。
本发明各实施例和对比例采用电池为上述试验例电池，各电池组均采用50块已在0.2C电流下进行500次充放电循环的单体电池，容量衰减程度各异。
实施例1
电池组的运行方法，其中包括以下筛选、激活和再化成步骤：
a)、对电池进行筛选和激活，其包括：
1)、将容量差在3％以内的电池，以10mA的电流充电10小时，同时同步测量电池SOC(％)，对SOC增加量进行时间归一化，获得SOC增加速度dΔSOC+/dΔt；
2)、静置0.5h，将SOC增加速度与基准值的差值在15％以外的电池作为待激活电池；
3)、将上述待激活电池充电至截止电压，所述截止电压为4.0V；
4)、然后继续充电至过充电截止电压5.0V；
5)、将充电至过充电截止电压的电池，在所述过充电截止电压附近进行低频交流充放电循环8次，低频频率为10Hz，电流为0.1C，单次循环作用时间为60s，间隔30s；
b)、对激活后的电池进行再化成，其包括：
(1)、以0.2C的电流恒流充电至电池电压为2.7V；
(2)、停止充电，静置3小时；
(3)、以2.7V恒压充电，直至充电电流成为涓流以下，其中，上述涓流充电电流为0.03μA；
(4)、停止充电，静置2.5小时；
(5)、以3.3V的交流电压，35Hz的频率进行交流充电，充电时间为2.5小时；
(6)、停止充电，静置5小时；
(7)、以0.55C的电流恒流充电至终止电压为4.0V；
(8)、停止充电，静置0.5小时；
(9)、以步骤(7)的终止电压恒压充电，直至充电电流成为涓流以下，其中，上述涓流充电电流为0.02μA；
(10)、以4.2V的交流电压，55Hz的频率进行交流充电，充电时间为3.5小时；
(11)、停止充电，静置2小时；
(12)、以0.75C的电流恒流充电至终止电压为5V；
(13)、停止充电，静置0.5小时；
(14)、以0.3C的放电电流放电至电池电压为2.3V；
(15)、重复上述步骤(1)-步骤(14)3次；
(16)、以0.8C的充电电流充电至电池电压为5V，最后恒压5V充电5小时。
实施例2
电池组的运行方法，其中包括以下筛选、激活和再化成步骤：
a)、对电池进行筛选和激活，其包括：
1)、将容量差在3％以内的电池，以20mA的电流充电15小时，同时同步测量电池SOC(％)，对SOC增加量进行时间归一化，获得SOC增加速度dΔSOC+/dΔt；
2)、静置1h，将SOC增加速度与基准值的差值在15％以外的电池作为待激活电池；
3)、将上述待激活电池充电至截止电压，所述截止电压为4.35V；
4)、然后继续充电至过充电截止电压5.0V；
5)、将充电至过充电截止电压的电池，在所述过充电截止电压附近进行低频交流充放电循环6次，低频频率为15Hz，电流为0.1C，单次循环作用时间为80s，间隔30s；
b)、对激活后的电池进行再化成，其包括：
(1)、以0.25C的电流恒流充电至电池电压为2.7V；
(2)、停止充电，静置3.5小时；
(3)、以2.7V恒压充电，直至充电电流成为涓流以下，其中，上述涓流充电电流为0.03μA；
(4)、停止充电，静置3小时；
(5)、以3.5V的交流电压，50Hz的频率进行交流充电，充电时间为3小时；
(6)、停止充电，静置6小时；
(7)、以0.50C的电流恒流充电至终止电压为4.2V；
(8)、停止充电，静置1小时；
(9)、以步骤(7)的终止电压恒压充电，直至充电电流成为涓流以下，其中，上述涓流充电电流为0.02μA；
(10)、以4.2V的交流电压，60Hz的频率进行交流充电，充电时间为4小时；
(11)、停止充电，静置2.5小时；
(12)、以0.80C的电流恒流充电至终止电压为5V；
(13)、停止充电，静置0.5小时；
(14)、以0.35C的放电电流放电至电池电压为2.3V；
(15)、重复上述步骤(1)-步骤(14)3次；
(16)、以0.8C的充电电流充电至电池电压为5V，最后恒压5V充电5.5小时。
实施例3
电池组的运行方法，其中包括以下筛选、激活和再化成步骤：
a)、对电池进行筛选和激活，其包括：
1)、将容量差在3％以内的电池，以30mA的电流充电10小时，同时同步测量电池SOC(％)，对SOC增加量进行时间归一化，获得SOC增加速度dΔSOC+/dΔt；
2)、静置1h，将SOC增加速度与基准值的差值在15％以外的电池作为待激活电池；
3)、将上述待激活电池充电至截止电压，所述截止电压为4.5V；
4)、然后继续充电至过充电截止电压5.0V；
5)、将充电至过充电截止电压的电池，在所述过充电截止电压附近进行低频交流充放电循环8次，低频频率为15Hz，电流为0.1C，单次循环作用时间为180s，间隔60s；
b)、对激活后的电池进行再化成，其包括：
(1)、以0.3C的电流恒流充电至电池电压为2.7V；
(2)、停止充电，静置5小时；
(3)、以2.7V恒压充电，直至充电电流成为涓流以下，其中，上述涓流充电电流为0.03μA；
(4)、停止充电，静置3.5小时；
(5)、以3.6V的交流电压，50Hz的频率进行交流充电，充电时间为3.5小时；
(6)、停止充电，静置7小时；
(7)、以0.65C的电流恒流充电至终止电压为4.2V；
(8)、停止充电，静置1.5小时；
(9)、以步骤(7)的终止电压恒压充电，直至充电电流成为涓流以下，其中，上述涓流充电电流为0.02μA；
(10)、以4.2V的交流电压，65Hz的频率进行交流充电，充电时间为4.5小时；
(11)、停止充电，静置3小时；
(12)、以0.85C的电流恒流充电至终止电压为5V；
(13)、停止充电，静置1小时；
(14)、以0.5C的放电电流放电至电池电压为2.3V；
(15)、重复上述步骤(1)-步骤(14)4次；
(16)、以0.8C的充电电流充电至电池电压为5V，最后恒压5V充电6小时。
对比例1：
采用以下步骤进行筛选和化成：
对电池进行筛选和激活，其包括：
1)、将容量差在3％以内的电池作为对比测试电池，并分组；
对分组电池进行再化成，其包括：
2)0.05C充电至SOC为20％，
3)、0.5C充电至截止电压4.3v，
4)、4.3V恒压充电至充电电流小于0.01C。
容量对比数据：
与试验例同批次商购锂二次电池，未进行循环老化试验，直接按下述条件进行容量测试，其测量得到的前5次容量数据的算术平均值作为实施例及对比例中电池容量衰减的对比数据。
下表为实施例与对比例的测试数据，工作温度为25摄氏度，循环电流为0.2C，充电截止电压4.5V，放电截止电压2.5V。下表中的实施例数据均为上述各实施例中筛选出的各待激活电池在经过激活及再化成工艺后，进行容量测试所得数据的算术平均值。对比例数据为各分组电池的容量测试数据的算术平均值。可见，与未采用激活工艺的常规筛选、化成工艺的对比例相比，本发明激活后的电池高频率充放电的工况下表现出了优异的恢复可逆容量，具有远超常规水平的循环寿命和安全性。
表1
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种可再生电源激活方法，其中包括以下步骤：
1)、将可再生电源充电至截止电压，所述截止电压为4.0-4.5V；
2)、然后继续充电至过充电截止电压；
3)、将充电至过充电截止电压的电池，在所述过充电截止电压附近进行低频交流充放电循环若干次。
2.如权利要求1所述的方法，所述步骤1中的截止电压为4.35V。
3.如权利要求1所述的方法，所述步骤3中低频交流充放电循环2-8次，低频频率为10-15Hz，电流为0.1-0.2C，单次循环作用时间为60-180s，间隔30-60s。
4.如权利要求3所述的方法，所述步骤3中低频交流充放电循环8次。
5.如权利要求3所述的方法，所述步骤3中脉冲电流为0.1C。
6.如权利要求3所述的方法，所述步骤3中单体循环作用时间为80s，间隔30s。
7.如权利要求1所述的方法，所述可再生电源选自碳系锂离子电池、硅系锂离子电池、锂硫电池或锂聚合物电池。
8.一种可再生电源组的运行方法，其中包括如权利要求1-6任一项所述的激活方法。
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