CN111112148A - 一种锂离子电池的批量耐压筛选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适应于全海深范围内承压的锂离子电池的批量筛选方法，将批量化生产的锂离子电池单体通过压力筒模拟测试，以电池的电压差及形貌变化为判定主要依据进行筛选；通过本发明的耐压筛选方法，可以快速、简单地对批量化的锂离子电池是否具备在全海深压力范围内安全运行的能力进行快速评估，为万米承压的深海潜器在在0～11000米海水下压力范围内的安全运行提供安全、可靠的能源动力保障。

Description

一种锂离子电池的批量耐压筛选方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种适应于全海深运行的批量生产的锂离子电池筛选方法。

背景技术

锂离子电池由于其高比能、高比功率特性已经成为最具潜力的深海装备用电池，用锂离子电池替换深海潜器传统的银锌电池可大幅提升深海装备的续航能力、电负载能力等。但锂离子电池能否承受深海巨大的海水压力是制约其应用于深海装备的首要难题。

目前，应用于深海装备的锂离子电池主要采用两种承压方式：（1）依靠承压壳体承压；（2）锂离子电池直接承压。前者所需的厚重壳体使得整个电池系统的质量比能大大降低，难以满足深海装备发展的需求。后者由于锂离子电池直接承压，对电池技术水平的要求高，其耐深海压力的能力评估尚不明确。如何考察经过耐压设计的锂离子电池能否真正承受深海复杂的压力环境，保障深海潜器在全海深范围内安全运行，已成为深海电池技术的瓶颈技术之一。

全海深锂离子电池在批量生产过程中，生产流程中环境气氛中的颗粒杂质、粉尘、湿度等参数对电池耐压能力一致性的影响远高于常压使用的锂离子电池。其影响机理复杂，批量电池的耐压筛选判断难度大，目前尚无规范的筛选方法可以借鉴。而深海潜器用电池组所需能量等级比常规动力设备更高，往往需要成百上千块锂离子电池单体成组，因此急需可靠性高的、快速筛选方法来考核大批量的全海深用锂离子电池单体的耐压安全、可靠性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种锂离子电池的批量耐压筛选方法。

为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种锂离子电池的批量耐压筛选方法，包括以下步骤

第一步，目测每批次的每一个锂离子电池外观，需满足电池表面无颗粒（含铝塑膜内层颗粒）以及无电解液痕迹、褶皱、破损、变形现象的要求；

第二步，对每批次的每一个锂离子电池进行耐压测试，测试全过程中电池需满足开路电压降幅≤2mV，且锂离子电池无燃烧、破损、变形现象；

第三步，对每一批锂离子电池按照2%比例（小数点后四舍五入），随机抽取电池进行耐压循环测试，当被测批次电池总数≤250个时，随机抽取5个电池进行耐压循环测试，耐压循环次数为≥5周，耐压循环测试全过程中电池需满足开路电压降幅≤2mV，且电池无燃烧、破损、变形现象；

第四步，再对每一批锂离子电池按照1%比例（小数点后四舍五入），随机抽取电池进行耐压电性能测试；当被测批次电池总数≤200个时，随机抽取2个电池进行耐压电性能测试，耐压电性能测试包括≥35周循环的常压充放电和≥125MPa条件下的放电测试，测试后最后一次的放电容量Q_≥35和第一次的放电容量Q₀需满足Q_≥35/Q₀≥98%；

第五步，每一批次锂离子电池需依次进行上述四步测试，且必须同时满足测试要求，该批次方可通过全海深耐压筛选测试。

所述的一种锂离子电池的批量耐压筛选方法，第二步中的性能测试是在温度-5～40℃，相对湿度5～95%，气压90kPa～108kPa的环境中进行。其优选的温度范围：15～25℃，相对湿度：35～85%。

所述的一种锂离子电池的批量耐压筛选方法，第二步中的耐压测试包括如下步骤：

第1步，测量电池开路电压；

第2步，将锂离子电池置于打压工装内，正负极外接至外电路；

第3步，将打压工装放入压力模拟装置中；

第4步，检测电池电压变化情况；

第5步，启动加压系统，按加压速率约S1=1～20MPa/min加压至115MPa，保压T1 min，T1≥10min；

第6步，按S1加压速率加压至125MPa，保压T1min；

第7步，压力模拟装置卸压至100MPa～120MPa，保压T1min，卸压速率S2≥1 MPa/min；

第8步，压力模拟装置按卸压速率≥3MPa/min卸压至常压；

第9步，加压过程应一直监测电池电压，若电池电压压降＞0.002V，则该锂离子电池未通过筛选，卸压并取出电池；否则通过耐压测试；加压过程每10MPa测一次电池电压。

进一步，所述的耐压测试循环不少于5次。

进一步，所述的第四步中≥35周的耐压电性能测试，具体括以下步骤：

第（1）步，依据锂离子电池的额定容量对电池进行0.1C～1C倍率条件下恒流充电，充电至额定充电截止电压后停止充电，将电池单体静置，静置时间≥20min；

第（2）步，将锂离子电池置于打压工装内，正负极外接至外电路；

第（3）步，将打压工装放入压力模拟装置中；

第（4）步，启动加压系统。按加压速率约S4，S4=（1MPa/min～20MPa/min），加压至100MPa～120MPa，保压T4，T4=100～180min；

第（5）步，锂离子电池单体在升压≥20min后以额定容量0.1C～1C倍率恒流电流放电，放电至额定放电截止电压后停止，将电池单体静置，静置时间≥20min；

第（6）步，第（4）步结束后，按第（4）步同一加压速率S4加压至100MPa～120MPa，保压T5，T5=100～180min；

第（7）步，压力模拟装置卸压至100MPa～120MPa，保压T6，T6≥100～180min；卸压速率约S5，S5≥1MPa/min；

第（8）步，压力模拟装置卸压至常压，卸压速率约S6，S6≥1MPa/min；

第（9）步， 将第（1）～（8）步循环进行N次，N≥35，记录第N次的放电容量QN 和第一次的放电容量Q0。

更进一步，所述的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或钛酸锂电池或富锂基电池，并不限于此。

本发明的有益效果是：经过本专利方法筛选后的批量化生产的锂离子电池可以直接承受0～11000米的水压或海水压力，长时间承压压力达到114MPa，最大极限耐压能力≥125MPa。

本发明筛选方法操作简单，使用性强，大大提高了锂离子电池在深海环境中的耐压适应性。

附图说明

图1 为本发明实施例1中电池单体耐压测试过程中的压力装置的升压曲线。

图2为本发明实施例1中电池单体耐压电性能测试过程中的压力装置的升压曲线。

图3为本发明实施例1和实施例2筛选后电池单体分布组成电池组按照深海潜器的要求进行500次模拟万米工况的压力筒试验，第500周的放电曲线。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明，但并不意于限制本发明的保护范围。

实施例1

选取规格为41Ah的全海深软包磷酸铁锂电池单体1000个（中国船舶重工集团公司第七一二研究所）进行耐压测试，具体操作步骤如下：

（1）目测所有电池表面，需满足无颗粒(含铝塑膜内层颗粒)、无电解液痕迹、褶皱、破损、变形现象。将待测试的电池单体放入深海压力模拟装置（精度为115MPa/0.1MPa）的耐压灌中，正负极测量线引出连接于万用表（FLUKE 15B/17B），记录耐压测试开始前的电池开路电压并记录。

（2）开启深海压力模拟装置，按如下表1的程序进行耐压试验；

升压曲线图见附图1。

（3）耐压过程应一直监测电池电压，记录电池电压。测试过程中所有被测电池开路电压降幅需满足≤2mV，且电池无燃烧、破损、变形现象；

（4）随机抽取经过步骤（3）测试后的20个电池单体，重复（1）～（3）的操作5次，5次循环过程中20个电池单体均需满足开路电压降幅需满足≤2mV，且电池无燃烧、破损、变形现象；

（5）随机抽取经过步骤（4）测试后的10个电池单体，进行电池单体耐压电性能测试，具体操作步骤如下：

A、用充放电柜（精度0.01A，中国船舶重工集团公司第七一二研究所）将待测试的电池单体按照充电程序：1个大气压、25℃的条件下以0.2C电流恒流充电，至电池单体电压达到3.60V停止充电。充电后静置20min。

B、将充电后的电池单体放入深海压力模拟装置（精度为115MPa/0.1MPa）的耐压灌中，正负极测量线引出连接于充放电柜（精度0.01A，中国船舶重工集团公司第七一二研究所），开启深海压力模拟装置，按如下表2的程序进行耐压电性能试验。

升压曲线图见附图2，锂离子电池单体在升压20min后以0.1C恒定电流放电，至电池单体电压达到2.65V时停止放电，静置20min。

C、重复步骤A～B，循环次数35次，记录第35次的放电容量Q₃₅和第一次的放电容量Q0。被测的10个全海深软包磷酸铁锂电池中Q₃₅/ Q₀的值需全部＜98%，且电池无燃烧、破损、变形现象。

上述（1）～（5）步骤必须同时全部满足，该批次1000个电池方可通过耐压筛选测试，全部可用以后期全海深潜器用耐压电池组的成组制备。

经过上述测试后，该批次的电池全部满足要求，将该批次的电池任意抽选540支组装成全海深载人潜器用耐压电池组A1，按照载人潜器的工况要求进行500次模拟万米工况的压力筒试验，第500周的放电曲线如附图3所示。

实施例2

将规格为41Ah的全海深软包磷酸铁锂电池单体1000个（中国船舶重工集团公司第七一二研究所）按照实施例1的方法进行批量耐压筛选，所不同的是升压速率为20MPa/min，经过筛选的电池任意抽选540支组装成全海深载人潜器用耐压电池组A2，按照载人潜器的工况要求进行500次模拟万米工况的压力筒试验，第500周的放电曲线如附图3所。

从附图3可以看出，经过本发明实施例筛选后的电池单体所成组的电池组均具有良好的耐压使用性能。

本发明提供的筛选方法中的锂离子电池用在深海武器装备上，还可应用于深海潜器、深海预置平台等，以及深海水下机器人、深海电站、深海通讯基站等领域，并不限于此。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种锂离子电池的批量耐压筛选方法，其特征在于：包括以下步骤

第一步，目测每批次的每一个锂离子电池外观，需满足电池表面无颗粒以及无电解液痕迹、褶皱、破损、变形现象的要求；

第二步，对每批次的每一个锂离子电池进行耐压测试，测试全过程中电池需满足开路电压降幅≤2mV，且锂离子电池无燃烧、破损、变形现象；

第三步，对每一批锂离子电池按照最少2%的比例，随机抽取至少5个电池进行耐压循环测试，耐压循环次数为≥5周，耐压循环测试全过程中电池需满足开路电压降幅≤2mV，且电池无燃烧、破损、变形现象；

第四步，再对每一批锂离子电池按照1%比例，随机抽取至少2个电池进行耐压电性能测试；包括≥35周循环的常压充放电和≥125MPa条件下的放电测试，测试最后一周的放电容量Q_≥35和第一次的放电容量Q₀需满足Q_≥35/Q₀≥98%；

第五步，依次进行上述四步测试，同时满足测试要求则通过耐压筛选测试。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的批量耐压筛选方法，其特征在于，所述第二步中的性能测试是在温度-5～40℃，相对湿度5～95%，气压90～108kPa的环境中进行。

3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池的批量耐压筛选方法，其特征在于，所述的第二步中耐压测试包括如下步骤：

第1步，测量电池开路电压；

第2步，将锂离子电池置于打压工装内，正负极外接至外电路；

第3步，将打压工装放入压力模拟装置中；

第4步，检测电池电压变化情况；

第5步，启动加压系统，按1～20MPa/min的加压速率加压至100～120MPa，保压至少8min；

第6步，按1～20MPa/min的加压速率加压至127Mpa以上，保压至少8min；

第7步，压力模拟装置按卸压速率≥1MPa/min卸压至100～120MPa，保压至少8min；

第8步，压力模拟装置按卸压速率≥3MPa/min卸压至常压；

第9步，加压过程应一直监测电池电压，若电池电压压降＞0.002V，则该锂离子电池未通过筛选，卸压并取出电池；否则通过耐压测试；加压过程每10MPa测一次电池电压。

4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池的批量耐压筛选方法，其特征在于，所述的耐压循环测试不少于5次。

5.根据权利要求3所述的一种锂离子电池的批量耐压筛选方法，其特征在于，所述的第四步进行的是极限压力不少于125MPa的耐压电性能测试，具体包括以下步骤：

第（1）步，依据锂离子电池的额定容量对电池进行0.1～1C倍率条件下恒流充电，充电至额定截止电压后将电池单体静置≥20min；

第（2）步，将锂离子电池置于打压工装内，正负极外接至外电路；

第（3）步，将打压工装放入压力模拟装置中；

第（4）步，启动加压系统，按1～20MPa/min的加压速率加压至100～120MPa，保压至少100～180min；

第（5）步，锂离子电池单体在升压≥20min后以额定容量0.1～1C倍率恒流电流放电，放电至额定放电截止电压后停止，将电池单体静置≥20min；

第（6）步，第（4）步结束后，按同一加压速率加压至≥125MPa，保压100～180min；

第（7）步，压力模拟装置卸压至100～120MPa，保压100～180min；卸压速率约S5，S5≥1MPa/min；

第（8）步，压力模拟装置按卸压速率≥1MPa/min卸压至常压；

第（9）步，将第（1）～（8）步循环进行至少35周，记录第最后一次的放电容量Q_N≥35和第一次的放电容量Q₀。

6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池的批量耐压筛选方法，其特征在于，所述的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或钛酸锂电池或富锂基电池。

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