CN111463398A - 一种预估电池100%soc状态下电芯注液量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法，包括步骤：获取电池的满电正极孔体积V1、满电负极孔体积V2和隔膜孔的体积V3；根据s＝(V1+V2+V3)×K/V4+L获得保液系数设计值，其中，V4表示电池容量，K为电解液密度，L为补偿值；根据e＝s+n×d+g获得注液系数；其中，e表示注液系数，s为保液系数设计值，n为常数，d为保液系数设计标准差，g为注液系数公差；根据公式V5＝e×V4以获得注液量，V5表示注液量。本发明在100％SOC状态下电芯内部的孔隙来评估聚合物电芯的注液量；更加精确评估聚合物电芯需要的电解液量，减少注液量过多导致的电解液浪费，降低制造成本；降低电芯制造过程由于注液量不足导致的电芯循环性能下降以及内阻过高的风险；降低电芯由于注液量过多导致涨液、发软的风险。

Description

一种预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法。
背景技术
目前市面上消费类电芯的型号众多，不同尺寸电芯对电芯电解液需求量的标准并不一致，所以需要一种相对统一的方法对聚合物电芯的注液量进行量化，减少由于型号众多带来的影响和干扰。
电芯内部电解液量是由极片内部的孔隙决定的，在现有技术中，没有针对电池SOC状态进行界定，然而，电池SOC状态能影响电池的最大注液量，例如，在电池中，由于孔隙的存在，电解液才能保留在极片内部，且电芯在循环过程中随着SOC状态的变化，厚度也在不断改变，正负极极片的孔隙也在不断变化；从0％SOC状态到100％SOC状态，电池中正负极极片孔隙是不断变大的。
现有技术中，没有界定SOC的状态，计算所述电池电芯注液量存在较大的误差，容易导致的电解液浪费，容易出现电芯循环性能下降以及内阻过高的风险，也可避免注液量过多导致涨液、发软的风险。
发明内容
针对现有技术的上述不足，提出一种预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法，旨在解决现有技术中预估电池电芯注液量存在较大误差的问题。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法，其特征在于，包括步骤：
获取电池的满电正极孔体积V1、满电负极孔体积V2和隔膜孔的体积V3；
根据s＝(V1+V2+V3)×K/V4+L获得保液系数设计值，其中，V4表示电池容量，K为电解液密度，L为补偿值；
根据e＝s+n×d+g获得注液系数；其中，e表示注液系数，s为保液系数设计值，n为常数，d为保液系数设计标准差，g为注液系数公差；
根据公式V5＝e×V4以获得注液量，V5表示注液量。
优选地，在获取电池的满电正极孔体积V1和满电负极孔体积V2时，预设正极料重、负极料重、正极设计压实和负极设计压实；并根据正极料重、负极料重计算出满电正极体积和满电负极体积；
计算满电正极体积和满电负极体积的公式分别具体为：
Figure BDA0002412670330000021
Figure BDA0002412670330000022
M1表示正极料重，a1表示正极设计压实，b1表示正极满电反弹比，ρ1为正极真密；
M2表示负极料重，a2为负极设计压实，b2表示负极满电反弹比，ρ2为负极真密。
优选地，在获得隔膜孔的体积V3时，测量隔膜长度、宽度、厚度并根据公式V3＝c×y×h×p获得隔膜孔的体积，其中，c表示隔膜长度，y表示隔膜宽度，h为隔膜厚度，p为隔膜的孔隙率。
优选地，在获得满电正极孔体积和满电负极孔体积时，所述正极设计压实a1、负极正极设计压实a2、正极真密ρ1和负极真密ρ2为设计常数；正极满电反弹比b1为与正极材质相关的经验常数，负极满电反弹比b2为与负极材质相关的经验常数。
优选地，正极材料为钴酸锂、三元和锰酸锂中任意一种。
优选地，负极材料为人造石墨。
优选地，补偿值0.005g/Ah到0.02g/Ah。
优选地，注液系数公差的取值范围在0.005g/Ah到0.05g/Ah之间。
优选地，保液系数标准差的取值范围在0.001g/Ah到0.06g/Ah之间。
本发明在100％SOC状态下电芯内部的孔隙来评估聚合物电芯的注液量；更加精确评估聚合物电芯需要的电解液量，减少注液量过多导致的电解液浪费，降低制造成本；降低电芯制造过程由于注液量不足导致的电芯循环性能下降以及内阻过高的风险；降低电芯由于注液量过多导致涨液、发软的风险。
附图说明
图1为实施例中预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法的流程图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
目前市面上消费类电芯的型号众多，不同尺寸电芯对电芯电解液需求量的标准并不一致，所以需要一种相对统一的方法对聚合物电芯的注液量进行量化，减少由于型号众多带来的影响和干扰。
电芯内部电解液量是由极片内部的孔隙决定的，在现有技术中，没有针对电池SOC状态进行界定，然而，电池SOC状态能影响电池的最大注液量，例如，在电池中，由于孔隙的存在，电解液才能保留在极片内部，且电芯在循环过程中随着SOC状态的变化，厚度也在不断改变，正负极极片的孔隙也在不断变化；从0％SOC状态到100％SOC状态，电池中正负极极片孔隙是不断变大的。
现有技术中，没有界定SOC的状态，计算所述电池电芯注液量存在较大的误差，容易导致的电解液浪费，容易出现电芯循环性能下降以及内阻过高的风险，也可避免注液量过多导致涨液、发软的风险。
请参考图1，本发明公开了一种预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法，包括以下步骤：
获取电池的满电正极孔体积V1、满电负极孔体积V2和隔膜孔的体积V3；
根据s＝(V1+V2+V3)×K/V4+L获得保液系数设计值，其中，V4表示电池容量，K为电解液的密度，L为补偿值；
根据e＝s+n×d+g获得注液系数；其中，e表示保液系数，s为保液系数设计值，n为常数，d为保液系数设计标准差，g为注液系数公差；
根据公式V5＝e×V4以获得注液量，V5表示注液量。
具体来说，本发明以电池的100％SOC状态为基准状态，获取到满电正极孔体积V1、满电负极孔体积V2和隔膜孔的体积V3；也即100％SOC状态下电芯的孔隙总体积，电池的100％SOC状态，即为电池的满电状态。
根据公式s＝(V1+V2+V3)×K/V4+L获得保液系数设计值；K为经验常数，根据以往的相同材料下，以及控制其他参数获得的K的值，L也为经验常数，根据经验获得，估算出保液系数设计值；根据公式e＝s+n×d+g，获得注液系数；n为经验常数，保液系数设计标准差、注液系数公差均可通过经验或现有资料获取。
最后根据公式V5＝e×V4获得注液量。
在获取电池的满电正极孔体积V1和满电负极孔体积V2时，预设正极料重、负极料重、正极设计压实和负极设计压实；并根据正极料重、负极料重计算出满电正极体积和满电负极体积；
计算满电正极体积和满电负极体积的公式分别具体为：
Figure BDA0002412670330000041
Figure BDA0002412670330000042
M1表示正极料重，a1表示正极设计压实，b1表示正极满电反弹比，ρ1为正极真密；
M2表示负极料重，a2表示负极设计压实b2表示负极满电反弹比，ρ2为负极真密。
一般来说，无法直接获取满电正极孔体积V1、满电负极孔体积V2；在本实施例中，可通过间接方式获得满电正极孔体积V1、满电负极孔体积V2。
可通过正极料重、负极料重、正极设计压实和负极设计压实获得正极片孔隙的体积和负极片孔隙的体积；此时的正极片孔隙的体积和负极片孔隙的体积并非为满电正极孔体积V1和满电负极孔体积V2；在100％SOC状态下，正极片和负极片中的空隙体积最大；现有技术中，获得正极片孔隙的体积V正极片孔和负极片孔隙的体积V负极片孔具体公式如下：
V正极片孔＝正极片长×正极片宽×正极片厚×极片孔隙率
V正极片孔＝正极片体积-正极体积
满电状态下：
V1＝正极片体积×(1+b1)-正极体积
V1＝M1/a×(1+b1)-M1/ρ1
Figure BDA0002412670330000051
同理可得到：
Figure BDA0002412670330000052
在获得隔膜孔的体积V3时，测量隔膜长度、宽度、厚度并根据公式V3＝c×y×h×p获得隔膜孔的体积，其中，c表示隔膜长度，y表示隔膜宽度，h为隔膜厚度。
在获得满电正极孔体积和满电负极孔体积时，所述正极设计压实a1、负极设计压实a2、正极真密ρ1和负极真密ρ2为设计常数；正极满电反弹比b1为与正极材质相关的经验常数，负极满电反弹比b2为与负极材质相关的经验常数。
本实施例中，正极材料为钴酸锂、三元和锰酸锂中任意一种，负极材料为人造石墨。
补偿值主要是残余空间的电解液，在本实施例中，补偿值在0.005g/Ah到0.02g/Ah。
注液系数公差的取值范围在0.005g/Ah到0.05g/Ah之间，保液系数标准差的取值范围在0.001g/Ah到0.06g/Ah之间。
注液系数公差如下表：
型号 426385PU 327074PH 615064PH 416684PU 436169PU 355770PU
数量 50pcs 50pcs 50pcs 50pcs 50pcs 50pcs
容量 4.05Ah 2.6Ah 3Ah 3.95Ah 2.99Ah 2.42Ah
标差 0.013g/Ah 0.0008g/Ah 0.0.012g/Ah 0.009g/Ah 0.013g/Ah 0.007g/Ah
通过不同型号电芯的注液量实际测量。
满电态吸液公差如下表：
项 标准差
正极面密度 0.014g/100cm<sup>2</sup>
负极面密度 0.007g/100cm<sup>2</sup>
正极辊压厚度 1μm
负极辊压厚度 1μm
正极反弹 0.50％
负极反弹 1％
正极料重 0.50％
负极料重 0.50％
在浸润充分的条件下，保液量的标准差由满电吸液系数和二封工艺所决定，由公差的累积性质，得保液系数公差≥满电吸液系数公差。
当卷芯吸液充分时，保液系数标准差由吸液系数标准差和二封工艺标准差累积决定。
当卷芯吸液不充分时，保液系数标准差由注液系数标准差决定。
保液系数标准差具体可根据实际生产后续可进行调整。
利用本发明公开的方法预估电池电芯的注液量，电池在放电后，正极孔隙和负极空隙变小，部分注液量会溢到正极片和负极片的表面，对电池的性能不造成恶性影响。
本发明在100％SOC状态下电芯内部的孔隙来评估聚合物电芯的注液量；更加精确评估聚合物电芯需要的电解液量，减少注液量过多导致的电解液浪费，降低制造成本；降低电芯制造过程由于注液量不足导致的电芯循环性能下降以及内阻过高的风险；降低电芯由于注液量过多导致涨液、发软的风险。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法，其特征在于，包括步骤：
获取电池的满电正极孔体积V1、满电负极孔体积V2和隔膜孔的体积V3；
根据s＝(V1+V2+V3)×K/V4+L获得保液系数设计值，其中，V4表示电池容量，K为电解液密度，L为补偿值；
根据e＝s+n×d+g获得注液系数；其中，e表示注液系数，s为保液系数设计值，n为常数，d为保液系数设计标准差，g为注液系数公差；
根据公式V5＝e×V4以获得注液量，V5表示注液量。
2.根据权利要求1所述的一种预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法，其特征在于：在获取电池的满电正极孔体积V1和满电负极孔体积V2时，预设正极料重、负极料重、正极设计压实和负极设计压实；并根据正极料重、负极料重计算出满电正极体积和满电负极体积；
计算满电正极体积和满电负极体积的公式分别具体为：
Figure FDA0002412670320000011
Figure FDA0002412670320000012
M1表示正极料重，a1表示正极设计压实，b1表示正极满电反弹比，ρ1为正极真密；
M2表示负极料重，a2为负极设计压实，b2表示负极满电反弹比，ρ2为负极真密。
3.根据权利要求2所述的一种预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法，其特征在于：在获得隔膜孔的体积V3时，测量隔膜长度、宽度、厚度并根据公式V3＝c×y×h×p获得隔膜孔的体积，其中，c表示隔膜长度，y表示隔膜宽度，h为隔膜厚度，p为隔膜的孔隙率。
4.根据权利要求3所述的一种预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法，其特征在于：在获得满电正极孔体积和满电负极孔体积时，所述正极设计压实a1、负极正极设计压实a2、正极真密ρ1和负极真密ρ2为设计常数；正极满电反弹比b1为与正极材质相关的经验常数，负极满电反弹比b2为与负极材质相关的经验常数。
5.根据权利要求1所述的一种预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法，其特征在于：正极材料为钴酸锂、三元和锰酸锂中任意一种。
6.根据权利要求1或5所述的一种预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法，其特征在于：负极材料为人造石墨。
7.根据权利要求1所述的一种预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法，其特征在于：补偿值0.005g/Ah到0.02g/Ah。
8.根据权利要求1所述的一种预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法，其特征在于：注液系数公差的取值范围在0.005g/Ah到0.05g/Ah之间。
9.根据权利要求1所述的一种预估电池100％SOC状态下电芯注液量的方法，其特征在于：保液系数标准差的取值范围在0.001g/Ah到0.06g/Ah之间。
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