CN111530780A - 一种锂离子电池配组方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池配组方法，将已分容好电芯，按照设定容量档次分类，同类别的电芯，对分类好的电芯予以充满电，按照容量档次归类要求进行装盒，经过电压、内阻测试后，经过高温老化、常温静置、振动步骤后，对振动后的电压、内阻测试，将不合格的电芯予以剔除，最大程度地将单体性能差的电芯挑出，挑选出电压一致性、内阻一致性优秀的电芯进行配组。

Description

一种锂离子电池配组方法
技术领域
本发明涉及锂离子二次电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池配组方法。
背景技术
锂离子电池具有自放电率低、循环性能好、自放电小的优良特性，得到迅速的发展和应用。应用领域涉及到宇宙探测、航空航天、电动汽车、电动工具、吸尘器、AI智能、物联网、数码储能、无人机等，可以说在各个领域发挥着越来越重要的作用。
锂离子电池在应用端，目前主要可分为储能类和动力类，虽然锂离子电池从90年代初开始发展并逐渐成熟起来，正负极本身的材料特性，决定了能量密度提升空间，提高正、负极片的压实密度、材料改性、负极补锂、正极补锂等技术都有提高锂离子二次电池的能量密度，不管是质量能量密度提升还是体积能量密度的提升，最终制造的电芯都是要经过配组，方能形成电池组。锂离子二次电池的一致性，是电池组优劣的关键。
随着电动自行车、电动工具、电动物流车、电动叉车、电动轿车、电动大巴的商业化，电动车对锂离子电池的内部结构的稳定性提出了更加严格的要求，故锂离子电池在组装前，单体电芯的结构稳定性尤为重要，能够将电芯内部的微短路、内部极性输出端焊接强度不牢靠、电池芯(JR)若因末端贴附胶带不牢、未有效贴敷、贴敷强度不够等原因，都会因电池在振动过程中形成极片因振动而形成的错位，给使用者在使用过程中带来安全隐患。
常规的电池芯(JR)有：方形卷绕式JR电芯、方形叠片式JR电芯、圆柱卷绕式JR 电芯的结构而形成。
目前生产过程中，有通过测量单体电池在同一电流下的升温速度，以及降温速度，从而在容量相同的电池组成的组中挑选出温度性能相近的电池；有通过(德尔塔)ΔV(电压变化量)、ΔC(容量变化量)、ΔIR(内阻变化量)的方法进行筛选后配组等。
以上各种方式挑选配组的电池，在很大程度上满足了常规性能要求，但对于纯电动汽车电池、电动工具电池、电动叉车电池、矿山机械电池、航空航天飞机电池等，电池在工作中振动、启动瞬间、颠簸中，电池内的JR电芯极易发生窜动、极片错位而引发电池内部短路，所以，在电芯组装前必须将有隐患的电芯挑选出来，进而有效避免，杜绝此类的安全隐患。
锂离子在制造过程中，环境、材料、设备、人员等，也就是工厂管理中的“人机料环法”的因素诸多，按照常规的配组方法已经很难将瑕疵电芯挑出，继而流到客户或消费者手中，给使用者带来抱怨或安全隐患，同时也会将公司带来损失，轻则返工退货，严重的话可能面临巨额索赔等。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种锂离子电池配组方法，特别是电动工具、电动物流车、电动自行车、电动叉车、电动轿车、电动大巴等领域，应用在该领域所使用的电池，不仅要求对电池本身的电性能要求，而且对电池的内部结构稳定性、焊接强度的可靠性，同时制造出的电芯，在配组前能够通过本发明的电池配组方法有效挑出不合格品。
技术方案：本发明所述的一种锂离子电池配组方法，包括以下步骤：
步骤1，将电芯的容量差在20mAh/档进行容量分档，并喷码或激光打码，数据上传系统；
步骤2，对同容量档次的电芯进行恒流恒压充满电处理，充电完成的电芯常温静置1h；
步骤3，用分选机分选出所需电芯电压、内阻范围内的电芯；
步骤4，将分选出的电芯在45±5℃高温环境下老化48h；
步骤5，出高温环境，电芯进行分选，按照在45±5℃高温环境下的电压降≤0.40mV/h 和内阻上升值≤0.5mΩ条件进行分选，按照此标准将不合格的电芯挑出，合格的电芯继续常温静置1h；
步骤6，将电芯放入模拟运输振动试验台上进行振动试验；
步骤7，振动后的电芯进行常温静置24h；
步骤8，对步骤7的电芯进行二次分选，按照常温环境下电压降≤0.10mV/h和内阻上升值≤0.5mΩ条件进行分选，按照此标准将不合格的电芯挑出，合格的电芯继续按类别装好；
步骤9，最后将归类好的电芯，按照给定的总电压和容量标准要求进行配组。
有益效果：本发明与现有技术相比：两次分选，提高了电芯配组的精确度，很大程度上提高了电芯的一致性；方法简单、易操作，提高了电芯电性能的一致性；通过模拟运输振动试验台振动后的电芯，将虚焊、卷绕不良、微短路、电池芯(JR)若因末端贴附胶带不牢、未有效贴敷、贴敷强度不够等问题在配组前暴露出来，排除了安全隐患，提高了电芯安全性能的一致性。
附图说明
图1是本发明一种锂离子电池配组方法的流程示意图。
图2是本发明实施列和比较例不良数据统计表。
图3是本发明条码1912020MA1001，100支电芯分容后分选数据表。
图4是本发明条码1912020MA1002，100支电芯分容后分选数据表。
图5是本发明条码1912020MA1003，100支电芯分容后分选数据表。
图6是本发明条码1912020MA1004，100支电芯分容后分选数据表。
图7是本实施例1912020MA1001，电芯分选数据表。
图8是本实施例1912020MA1003，电芯分选数据表。
图9是本比较例1912020MA1002，追加振动测试后电芯分选数据表。
图10是本比较例1912020MA1004，追加振动测试后电芯分选数据表。
具体实施方式
如图1所示，步骤1取生产的锂离子二次电芯，同一批次正负极材料、隔膜材料、电解液材料、外壳、盖帽等生产的三元锂离子电池，型号为18650-2000M，批号为191202，分容柜筛选下来的电芯容量在2000mAh-2020mAh区间，电池盒条码1912020MA1001，100 支(电芯条码FM191202000001-FM191202000100)；1912020MA1002，100支(电芯条码FM191202000101-FM191202000200)；1912020MA1003，100支(电芯条码 FM191202000201-FM191202000300)；1912020MA1004，100支(电芯条码 FM191202000301-FM191202000400)；1912020MA1005，共计400支，静置1h。
步骤2，电芯以0.5C电流恒流恒压充电，充至上限电压4.20V，截止电流50mA(0.01C)。待充电结束之后，电芯常温静置1h。
特别的，不同正极材料体系的锂离子电池其设定上限电压值是不同的，充电截止电流为设定电流的0.01C。例如，磷酸铁锂上限电压值为3.65V、钴酸锂高电压体系的上限电压值为4.4V以及钛酸锂上限电压值3.0V。
步骤3，扫码电池盒条码1912020MA1001，电芯在分选(分选机带扫码功能)过程中中将自动读取FM191202000001-FM191202000100的内阻、电压信息，见图3；扫码电池盒条码1912020MA1002，电芯在分选(分选机带扫码功能)过程中中将自动读取 FM191202000101-FM191202000200的内阻、电压信息，见图4；扫码电池盒条码 1912020MA1003，电芯在分选(分选机带扫码功能)过程中中将自动读取 FM191202000201-FM191202000300的内阻、电压信息，见图5；扫码电池盒条码 1912020MA1004，电芯在分选(分选机带扫码功能)过程中中将自动读取 FM191202000301-FM191202000400的内阻、电压信息，见图6；设定标准范围：14.0mΩ≤内阻值≤17.0mΩ；4135mV≤电压值≤4140mV。不在范围为其它档次范围，非本发明选取的样本考察范围，暂将其排除。
步骤4，1912020MA1001-1912020MA1006挑选后的电芯，全部放入45±5℃高温环境下老化48h；
步骤5，出高温环境，电芯进行分选，按照在45±5℃高温环境下的电压降≤0.40mV/h 和内阻上升值≤0.5mΩ条件进行分选，按照此标准将不合格的电芯挑出，合格的电芯继续常温静置1h；
步骤6，选取1912020MA1001、1912020MA1003为实施例；选取1912020MA1002、1912020MA1004为比较例。两者最大不同是实施例此时放入模拟运输振动试验台，频率100rpm振动30min,频率200rpm振动30min；频率300rpm振动30min，完成振动工作，常温存放24h；而比较例没有进入模拟运输振动试验台步骤，
步骤7，直接常温存放24h，然后去分选配组工作，当然由于实施列因振动后有明显内阻值上升的电芯，尽最大可能再现对比例与实施列的差异，又对比较例进行了追加振动测试，振动测试方法同实施列一致，振动后数据见图9、图10；振动试验用于将电芯的虚焊、卷绕不良、微短路、电池芯(JR)若因末端贴附胶带不牢、未有效贴敷、贴敷强度不够等问题在配组前暴露出来，排除了安全隐患，提高了电芯安全性能的一致性。
步骤8，对步骤7的电芯进行二次分选，按照常温环境下电压降≤0.10mV/h和内阻上升值≤0.5mΩ条件进行分选，按照此标准将不合格的电芯挑出；分类电压、内阻，数据见图7、图8，超出范围的予以剔除，分类好的电芯重新装入待配组盒；
步骤9，最后将归类好的电芯，按照给定的总电压和容量标准要求进行配组。
下面我们将实施列和比较例按照本发明一种锂离子电池配组方法进一步数据说明：
参考图2，实施列1912020MA1001、1912020MA1003和比较例1912020MA1002、1912020MA1004在首次分选后，电压值和内阻值均在我们的要求范围内，不良率全部为0。
实施列在电芯振动后，发现1912020MA1001盒中的FM191202000015电压和内阻值有明显变化，内阻值达到18.5mΩ，超出规格范围，予以挑出；1912020MA1001盒中的FM191202000076，内阻值达到19.6mΩ，超出规格范围，予以挑出；1912020MA1001盒中的FM191202000095，内阻值达到25.8mΩ，超出规格范围，予以挑出，可以发现，该电池在振动后，电压、内阻值不良率达到3％；
实施列在电芯振动后，发现1912020MA1003盒中的FM191202000205电压值正常，电压值4115mV；内阻值有明显变化，内阻值达到19.5mΩ，超出规格范围，予以挑出；1912020MA1003盒中的FM191202000273，电压值3995mV、内阻值达到20.1mΩ，超出规格范围，予以挑出，可以发现，该电池在振动后，电压不良率达到1％，内阻不良率达到 2％；
比较列在电芯振动后，发现1912020MA1002盒中的FM191202000101电压值正常，为4114mV，但内阻值有明显升高，达到19.8mΩ，超出规格范围，予以挑出；1912020MA1002 盒中的FM191202000126，电压值3996mV、内阻值达到18.6mΩ，超出规格范围，予以挑出；1912020MA1002盒中的FM191202000177，内阻值达到19.7mΩ，超出规格范围，予以挑出可以发现，该电池在振动后，电压不良率达到2％，内阻不良率达到3％；
比较列在电芯振动后，发现1912020MA1004盒中的FM191202000312电压和内阻值有明显变化，内阻值达到19.2mΩ，超出规格范围，予以挑出；1912020MA1004盒中的FM191202000317，内阻值达到19.8mΩ，超出规格范围，予以挑出；1912020MA1004盒中的FM191202000398，内阻值达到21.5mΩ，超出规格范围，予以挑出可以发现，该电池在振动后，电压、内阻值不良率达到3％。

Claims (5)

1.一种锂离子电池配组方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，将电芯的容量差在20mAh/档进行容量分档，并喷码或激光打码，数据上传系统；
步骤2，对同容量档次的电芯进行恒流恒压充满电处理，充电完成的电芯常温静置1h；
步骤3，用分选机分选出所需电芯电压、内阻范围内的电芯；
步骤4，将分选出的电芯在45±5℃高温环境下老化48h；
步骤5，出高温环境，电芯进行分选，按照在45±5℃高温环境下的电压降≤0.40mV/h和内阻上升值≤0.5mΩ条件进行分选，按照此标准将不合格的电芯挑出，合格的电芯继续常温静置1h；
步骤6，将电芯放入模拟运输振动试验台上进行振动试验；
步骤7，振动后的电芯进行常温静置24h；
步骤8，对步骤7的电芯进行二次分选，按照常温环境下电压降≤0.10mV/h和内阻上升值≤0.5mΩ条件进行分选，按照此标准将不合格的电芯挑出，合格的电芯继续按类别装好；
步骤9，最后将归类好的电芯，按照给定的总电压和容量标准要求进行配组。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池配组方法，其特征在于步骤2中，不同正极材料体系的锂离子电池其设定上限电压值是不同的，充电截止电流为设定电流的0.01C-0.1C。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池配组方法，其特征在于三元或锰酸锂上限电压值为4.2V、磷酸铁锂上限电压值为3.65V、钴酸锂高电压体系的上限电压值为4.4V以及钛酸锂上限电压值3.0V。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池配组方法，其特征在于在步骤3中，电芯的电芯电压范围为4135mV至4140mV，电芯的内阻范围内为14.0mΩ至17.0mΩ。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池配组方法，其特征在于在步骤5中，电芯在模拟运输振动试验台上进行回转频率为100rpm、200rpm以及300rpm的三组振动试验，并且每组振动时间均为30分钟。
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