CN111954965A - 电化学装置的充电方法、电子装置以及可读存储介质 - Google Patents

电化学装置的充电方法、电子装置以及可读存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN111954965A
CN111954965A CN202080001997.6A CN202080001997A CN111954965A CN 111954965 A CN111954965 A CN 111954965A CN 202080001997 A CN202080001997 A CN 202080001997A CN 111954965 A CN111954965 A CN 111954965A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrochemical device
voltage
charging
current
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202080001997.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111954965B (zh
Inventor
蔡阳声
金娟
李翔
郭飞龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongguan Poweramp Technology Ltd
Original Assignee
Ningde Amperex Technology Ltd
Dongguan Amperex Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningde Amperex Technology Ltd, Dongguan Amperex Technology Ltd filed Critical Ningde Amperex Technology Ltd
Publication of CN111954965A publication Critical patent/CN111954965A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111954965B publication Critical patent/CN111954965B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • H01M10/446Initial charging measures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

本申请公开了一种电化学装置的充电方法,包括以下步骤:第一循环阶段,所述第一循环阶段的充电阶段具有第一截止电压;以及第二循环阶段,所述第二循环阶段的充电阶段具有第二截止电压,所述第二截止电压小于所述第一截止电压。根据本申请提供的电化学装置的充电方法、电子装置以及可读存储介质,可以有效预防电化学装置循环产气的风险,可提高电化学装置的使用寿命。

Description

电化学装置的充电方法、电子装置以及可读存储介质
技术领域
本申请涉及电化学装置技术领域,尤其涉及一种电化学装置的充电方法、电子装置以及可读存储介质。
背景技术
锂离子电池(Lithium-ion battery)又常被称为锂电池,是一种电化学装置,能够进行充放电,已广泛应用于消费类产品、数码类产品、动力产品、医疗及安防等领域。在锂电池中,高镍正极活性材料体系具有高能量密度、高功率密度的优势,但是高温循环产气的问题在应用中普遍存在,主要源于高电压充放电时高镍正极活性材料的
Figure BDA0002688987820000011
相转变伴随晶格剧烈膨胀、收缩,导致晶格释氧,进而使得活性氧氧化电解液产气。产气对于锂电池来说是高风险的,所以在锂电池设计端就必须解决高镍正极活性材料体系锂电池产气的问题。
目前,改善高镍正极活性材料体系锂电池高温循环产气问题的策略主要是通过化学体系优化来增强正极保护,如在高镍正极活性材料表面进行包覆、电解液中提高成膜添加剂含量等,但是,如上策略会伴随动力学性能的损失,如锂电池温升提高、低温放电性能变差等,且也只能是最大程度延缓产气。
发明内容
有鉴于此,有必要提供一种电化学装置的充电方法、电子装置以及可读存储介质,可有效解决循环产气的缺陷,且不影响用户的电池使用体验。
本申请一实施方式提供一种电化学装置的充电方法,所述充电方法包括:第一循环阶段,所述第一循环阶段的充电阶段具有第一截止电压;以及第二循环阶段,所述第二循环阶段的充电阶段具有第二截止电压,其中,所述第二截止电压小于所述第一截止电压。根据本申请的一些实施方式,所述充电方法包括依序的n个循环阶段,所述n个循环阶段分别定义为第i循环阶段,i=1、2、…、n,n为大于1的正整数,所述第i循环阶段的前一循环阶段定义为第i-1循环阶段,所述第i循环阶段的充电阶段具有第i截止电压,所述第i-1循环阶段的充电阶段具有第i-1截止电压,所述第i截止电压小于所述第i-1截止电压。
根据本申请的一些实施方式,所述第i循环阶段包括恒定电压充电阶段,所述第i循环阶段的恒定电压充电阶段电压的值等于第i截止电压的值。
根据本申请的一些实施方式,所述第i循环阶段的恒定电压充电阶段的截止电流定义为第i截止电流,第i-1循环阶段的恒定电压充电阶段的截止电流定义为第i-1截止电流,所述第i截止电流大于或等于所述第i-1截止电流。
根据本申请的一些实施方式,所述第i截止电流为0.5C至6C。
根据本申请的一些实施方式,所述第i循环阶段包括恒定电流充电阶段,所述第i循环阶段的恒定电流充电阶段的电流定义为第i电流,第i-1循环阶段的恒定电流充电阶段的电流定义为第i-1电流,所述第i电流与所述第i-1电流相等。
根据本申请的一些实施方式中,所述第i截止电压为3.8V至4.3V。
根据本申请的一些实施方式,所述第i循环阶段具有10-500次循环。
根据本申请的一些实施方式,所述电化学装置包括电极组件,所述电极组件包括正极、负极和隔离膜,所述隔离膜设置在所述正极和所述负极之间,其中所述正极和所述负极中的至少一者具有2个以上的极耳。
根据本申请的一些实施方式,所述电极组件为卷绕型结构,所述正极和所述负极中的至少一者每2圈具有一个极耳。
根据本申请的一些实施方式,所述正极包括正极活性材料,所述正极活性材料为化学式LiαNixCoyM1zM2βO2所表示的化合物中的至少一种,其中0.95≤α≤1.05,0.6≤x<1,0<y<0.4,0<z<0.4,0≤β≤0.05,且x+y+z+β=1,M1元素选自Mn或Al中的一种或两种,M2元素选自Mg、Ti、Zr、Nb、Y、Cr、V、Ge、Mo或Sr中的至少一种。
根据本申请的一些实施方式,所述正极活性材料具有以下特征中的至少一者:(a)包括二次颗粒;(b)Dv10≥5.0μm;(c)7.5μm<Dv50<12.5μm;(d)Dv90≤22.0μm;其中,所述Dv10表示在体积基准的粒度分布中,从小粒径侧起、达到体积累积10%的粒径;所述Dv50表示在体积基准的粒度分布中,从小粒径侧起、达到体积累积50%的粒径;所述Dv90表示在体积基准的粒度分布中,从小粒径侧起、达到体积累积90%的粒径
本申请一实施方式提供一种电子装置,所述电子装置包括:电化学装置;处理器,用于执行上述的充电方法对所述电化学装置进行充电。
本申请一实施方式提供一种可读存储介质,所述可读存储介质存储有计算机指令,当所述计算机指令在电子装置上运行时,使得所述电子装置执行如上述的充电方法。
本申请的实施方式通过降低循环阶段的充电截止电压,能有效缓解电化学装置因产气引起的膨胀,缓解电化学装置在循环过程中的容量衰减趋势,且不影响用户的使用体验。
附图说明
图1是根据本申请一实施方式的电子装置的结构示意图。
图2是根据本申请一实施方式的电化学装置的充电方法的流程图。
图3是根据本申请另一实施方式电化学装置的充电方法的流程图。
图4是图3的电化学装置的充电方法在第i循环阶段的细分流程图。
图5是图3的电化学装置的充电方法在第i-1循环阶段的细分流程图。
图6是根据本申请一实施方式电化学装置的结构示意图。
图7是根据本申请一实施方式电化学装置的正极活性材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的晶格参数变化曲线图。
图8是本申请一实施方式电化学装置在恒定的恒流截止电压循环与降低恒流截止电压循环的循环寿命与膨胀率对比图。
图9是根据本申请一实施方式的计算机程序的功能模块图。
主要元件符号说明:
电子装置 100
计算机程序 10
处理器 11
电化学装置 13
恒流充电模块 101
恒压充电模块 102
电极组件 130
正极 131
负极 132
隔离膜 133
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图,对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本申请一部分实施方式,而不是全部的实施方式。
请参阅图1,所述电子装置100包括,但不仅限于,至少一个处理器11以及电化学装置13,上述元件之间可以通过总线连接,也可以直接连接。可以通过电子装置100执行电化学装置的充电方法,以对该电化学装置13充电。
在一个实施方式中,该至少一个处理器11,例如是系统(System On Chip)芯片、中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、ARM(Advanced RISCMachine)处理器、现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray,FPGA)、专用处理器等具有计算处理能力的器件。当该处理器11执行该电子装置100所包括的一个存储器中所存储的一个计算机程序时,实现该充电方法。或者,该电子装置100的存储器存储有一个计算机指令,当该电子装置100的处理器11执行该计算机指令时,该电子装置100或该处理器11执行该充电方法。
需要说明的是,图1仅为举例说明电子装置100。在其他实施方式中,电子装置100也可以包括更多或者更少的元件,或者具有不同的元件配置。所述电子装置100可以为电动摩托、电动单车、电功工具、电动汽车、无人机、手机、平板电脑、个人数字助理、个人电脑,或者任何其他适合的可充电式设备。
在一个实施方式中,所述电化学装置13为可充电电池,用于给所述电子装置100提供电能。例如,所述电化学装置13可以是锂离子电池、锂聚合物电池等等。
在一个实施方式中,所述电化学装置13优选为高镍正极活性材料体系的锂电池。所述电化学装置13可以与所述处理器11逻辑相连,从而通过所述处理器11实现对电化学装置13进行充电、放电以及功耗管理等功能。
在其他实施例中,还可以通过一个充电装置执行该充电方法,以对该电化学装置13充电。
请参阅图2,图2为根据本申请一实施方式的电化学装置的充电方法的流程图。所述电化学装置的充电方法可以包括以下步骤:
步骤S21:第一循环阶段,所述第一循环阶段的充电阶段具有第一截止电压。
在一实施方式中,第一循环阶段可以包括多个循环次数,比如第一循环阶段包括m1个循环次数,其中,m1为整数且m1≥1。每一循环可以表示为一次充放电循环,一充放电循环包括一充电阶段及一放电阶段。在第一循环阶段的一充放电循环中,可以采用具有第一截止电压的充电阶段对所述电化学装置13进行充电。
在一实施方式中,具有第一截止电压的充电阶段优选为采用恒定电流充电至所述第一截止电压。
步骤S22:第二循环阶段,所述第二循环阶段的充电阶段具有第二截止电压,其中,所述第二截止电压小于所述第一截止电压。
在一实施方式中,第二循环阶段同样可以包括多个循环次数,比如第二循环阶段包括m2个循环次数,其中,m2为整数且m2≥1。在第二循环阶段的一充放电循环中,可以采用具有第二截止电压的充电阶段对所述电化学装置13进行充电。
在一实施方式中,所述具有第二截止电压的充电阶段优选为采用恒定电流充电至所述第二截止电压。
在一实施方式中,所述第二截止电压小于所述第一截止电压,即相比于本充放电循环阶段,另一充放电循环阶段在对所述电化学装置13进行充电时,降低了恒定电流充电阶段的截止电压。
在一实施方式中,m1与m2可以相等,也可以不相等。m1与m2优选为10~500。
举例而言,所述电化学装置的充电方法包括两个循环阶段(第一循环阶段与第二循环阶段),第一循环阶段包括100个充放电循环,第二循环阶段包括50个充放电循环。
在第一循环阶段:
步骤一、使用恒定电流(如1.5C)对电化学装置进行充电,直到电化学装置的电压达到第一截止电压;
步骤二、使用恒定电压(如等于第一截止电压的电压)为电化学装置进行充电,直到电化学装置的电流达到预设充电截止电流;
步骤三、将电化学装置静置预设时间(如5分钟);
步骤四、使用预设的放电电流对电化学装置进行放电至预设放电截止电压;
步骤五、重复上述步骤一至步骤四100次,即对所述电化学装置进行100次充放电循环。
在第二环阶段:
步骤一、使用恒定电流(如1.5C)对电化学装置进行充电,直到电化学装置的电压达到第二截止电压;
步骤二、使用恒定电压(如等于第二截止电压的电压)为电化学装置进行充电,直到电化学装置的电流达到所述预设截止电流;
步骤三、将电化学装置静置预设时间(如5分钟);
步骤四、使用预设的放电电流对电化学装置进行放电至预设放电截止电压;
步骤五、重复上述步骤一至步骤四50次,即对所述电化学装置进行50次充放电循环。需要说明的是,放电过程中的预设的放电电流及预设放电截止电压的大小可以根据实际使用需求进行设定与调整,属于现有技术,在此不再详述。
在一实施方式中,请参阅图3,在多个充放电循环阶段中,采用依序的n个循环阶段对电化学装置13进行充电,n为正整数,具体可以通过以下步骤进行:
步骤S31:所述依序的n个循环阶段分别定义为第i循环阶段。
在一实施方式中,可以将所述依序的n个循环阶段分别定义为第i循环阶段,其中,i=1、2、…、n。
步骤S32:在第i-1循环阶段中,所述第i-1循环阶段的充电阶段具有第i-1截止电压。
在一实施方式中,所述第i循环阶段的前一循环阶段定义为第i-1循环阶段。在第i-1循环阶段中,可以采用mi-1个具有第i-1截止电压的充电阶段对所述电化学装置13进行充电。其中,mi-1为整数且mi-1≥1。
步骤S33:在第i循环阶段中,所述第i循环阶段的充电阶段具有第i截止电压。
在一实施方式中,在第i循环阶段中,可以采用mi个具有第i截止电压的充电阶段对所述电化学装置13进行充电。其中,mi为整数且mi≥1。
举例来说,当i=1且mi=100时,表示第1循环阶段具有100个充放电循环,每一充放电循环都包括恒定电流充电阶段,在每一充放电循环的恒定电流充电阶段对应具有第1截止电压的充电阶段。即在第1循环阶段,100次充放电循环中的恒定电流充电阶段均是对所述电化学装置13充电至第1截止电压。当i=2且m2=200时,表示第2循环阶段具有200个充放电循环,每一充放电循环都包括恒定电流充电阶段,在每一充放电循环的恒定电流充电阶段对应具有第2截止电压的充电阶段。即在第2循环阶段,200次充放电循环中的恒定电流充电阶段均是对所述电化学装置13充电至第2截止电压。当i=3且m3=100时,表示第3循环阶段具有100个充放电循环,每一充放电循环都包括恒定电流充电阶段,在每一充放电循环的恒定电流充电阶段对应具有第3截止电压的充电阶段。即在第3循环阶段,100次充放电循环中的恒定电流充电阶段均是对所述电化学装置13充电至第3截止电压。所述第三截止电压小于所述第二截止电压,且所述第二截止电压小于所述第一截止电压。
在一实施方式中,所述第i循环阶段的恒定电流充电阶段的截止电压定义为第i截止电压,所述第i-1循环阶段的恒定电流充电阶段的截止电压定义为第i-1截止电压。所述第i截止电压为3.8V~4.3V,优选为4.0V~4.3V。mi的值优选为10~500。
在一实施方式中,第i截止电压可以根据实际使用需求进行设定与调整,比如,所述第i截止电压可以是4.2V、4.18V、4.15V等,也可以为其他数值。
请参考图4,在第i循环阶段中,所述第i循环阶段的充电阶段具有第i截止电压,可包括如下的具体步骤:
步骤S41:所述第i循环阶段具有恒定电流充电阶段,所述第i循环阶段的恒定电流充电阶段的电流定义为第i电流,所述第i循环阶段的恒定电流充电阶段具有第i截止电压。
在一实施方式中,所述第i循环阶段可以包括mi个充放电循环,每一充放电循环的充电阶段具有恒定电流充电阶段,所述第i循环阶段的恒定电流充电阶段的电流定义为第i电流,即在第i循环阶段的一充放电循环中,以第i电流的恒定电流充电阶段对所述电化学装置13进行充电至第i截止电压。其中,所述第i截止电压可为所述电化学装置13的充电限制电压。在一较佳实施方式中,所述第i截止电压可以为4.2V,也可为其它数值。所述第i电流可以根据实际需求进行设定,比如,所述第i电流可以是1.5C,也可以为其他数值。
步骤S42:所述第i循环阶段还具有恒定电压充电阶段,所述第i循环阶段的恒定电压充电阶段具有第i截止电流。
在一实施方式中,在第i循环阶段的一充放电循环的充电阶段中,先以第i电流的恒定电流充电阶段对所述电化学装置13进行充电至第i截止电压后,再以第i电压的恒定电压充电阶段对所述电化学装置13进行充电至第i截止电流。比如,当mi=100时,即第i循环阶段包括100个充放电循环,每一充放电循环的充电阶段可以表述为:先以第i电流的恒定电流充电阶段对所述电化学装置13进行充电至第i截止电压,再以第i电压的恒定电压充电阶段对所述电化学装置13进行充电至第i截止电流。
在一实施方式中,在第i循环阶段中,第i电压等于第i截止电压。所述第i截止电流优选为0.5C至6C,也可以为其他数值。
请参考图5,在第i-1(i-1≥1)循环阶段中,所述第i-1循环阶段的充电阶段具有第i-1截止电压,可包括如下的具体步骤:
步骤S51:所述第i-1循环阶段具有恒定电流充电阶段,所述第i-1循环阶段的恒定电流充电阶段的电流定义为第i-1电流,所述第i-1循环阶段的恒定电流充电阶段具有第i-1截止电压。
在一实施方式中,所述第i-1循环阶段可以包括mi-1个充放电循环,每一充放电循环的充电阶段具有恒定电流充电阶段,所述第i-1循环阶段的恒定电流充电阶段的电流定义为第i-1电流,即在第i-1循环阶段的一充放电循环中,以第i-1电流的恒定电流充电阶段对所述电化学装置13进行充电至第i-1截止电压。其中,所述第i-1截止电压同样可为所述电化学装置13的充电限制电压。在一较佳实施方式中,所述第i-1截止电压优选为4.2V,也可为其它数值。所述第i-1电流可以是1.5C,也可以为其他数值。
步骤S52:所述第i-1循环阶段还具有恒定电压充电阶段,所述第i-1循环阶段的恒定电压充电阶段具有第i-1截止电流。
在一实施方式中,在第i-1循环阶段的一充放电循环的充电阶段中,先以第i-1电流的恒定电流充电阶段对所述电化学装置13进行充电至第i-1截止电压后,再以第i-1电压的恒定电压充电阶段对所述电化学装置13进行充电至第i-1截止电流。比如,当mi-1=200时,即第i-1循环阶段包括200个充放电循环,每一充放电循环的充电阶段可以表述为:先以第i-1电流的恒定电流充电阶段对所述电化学装置13进行充电至第i-1截止电压,再以第i-1电压的恒定电压充电阶段对所述电化学装置13进行充电至第i-1截止电流。
在一实施方式中,所述第i电流与所述第i-1电流相等,即在第i-1循环阶段与第i循环阶段中,两者均是以相同大小的恒定电流对所述电化学装置13进行恒流充电,但第i-1循环阶段是充电至第i-1截止电压,第i循环阶段是充电至第i截止电压。
在一实施方式中,所述第i截止电流等于所述第i-1截止电流。即在第i-1循环阶段与第i循环阶段中,两者均包括以恒定电压对所述电化学装置13进行充电至相同大小的截止电流,但第i-1循环阶段是以第i-1电压进行恒压充电,第i循环阶段是以第i电压进行恒压充电。
在其他实施方式中,所述第i截止电流还可以是大于所述第i-1截止电流。比如,第i截止电流为1C,第i-1截止电流为0.5C,第i-1循环阶段包括以第i-1电压对所述电化学装置13进行恒压充电至截止电流0.5C,第i循环阶段包括以第i电压对所述电化学装置13进行恒压充电至截止电流1C。
为了使本申请的发明目的、技术方案和技术效果更加清晰,以下结合附图和实施例,对本申请进一步地详细说明。
请参考图6所示,本申请的各对比例和各实施例采用的电化学装置13包括电极组件130,所述电极组件130包括正极131、负极132和隔离膜133,所述隔离膜133设置在所述正极131和所述负极132之间,所述正极131和所述负极132中的至少一者具有2个以上的极耳(图6未示)。
在一实施方式中,所述电极组件130为卷绕型结构,所述正极131和所述负极132中的至少一者每2圈具有一个极耳。
在一实施方式中,所述正极131包括正极活性材料,所述正极活性材料为化学式LiαNixCoyM1zM2βO2所表示的化合物中的至少一种。其中0.95≤α≤1.05,0.6≤x<1,0<y<0.4,0<z<0.4,0≤β≤0.05,且x+y+z+β=1,M1元素选自Mn或Al中的一种或两种,M2元素选自Mg、Ti、Zr、Nb、Y、Cr、V、Ge、Mo或Sr中的至少一种。所述负极132包括硅、锡、硅碳材料、人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、钛酸锂或钛酸铌中的至少一种。在其他实施方式中,所述正极活性材料还可以是钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、锰酸锂、富锂锰基材料中的至少一种。
在一实施方式中,所述正极活性材料具有以下特征中的至少一者:
(a)包括二次颗粒;
(b)Dv10≥5.0μm;
(c)7.5μm<Dv50<12.5μm;
(d)Dv90≤22.0μm;
其中,所述Dv10表示在体积基准的粒度分布中,从小粒径侧起、达到体积累积10%的粒径;所述Dv50表示在体积基准的粒度分布中,从小粒径侧起、达到体积累积50%的粒径;所述Dv90表示在体积基准的粒度分布中,从小粒径侧起、达到体积累积90%的粒径。
在一实施方式中,正极活性材料为化学式LiαNixCoyM1zM2βO2的锂电池,由于高温稳定性差,如图7所示,LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2高镍体系锂电池在上限电压>4.0V进行充放电时,
Figure BDA0002688987820000091
相转变伴随剧烈的晶格膨胀/收缩,反复充放电过程中晶格膨胀/收缩产生的应力不断累积,从而导致晶格释氧和颗粒破裂,而破裂处一般伴随着层状相转变成尖晶石和岩盐相,从而产生活性氧,最终电解液在颗粒破裂的地方与正极活性材料释出的活性氧接触,通过发生副反应产气。相对而言,本方案的策略是在颗粒破碎之前,在各个循环阶段的充电阶段逐步降低充电真实上限电压,逐步减缓正极活性材料因
Figure BDA0002688987820000092
相转变伴随剧烈的晶格膨胀/收缩产生的应力累积,从而有效预防释氧、颗粒破裂、产气。如图8所示,通过降低恒流充电的截止电压,即缩小锂电池的充放电窗口,能有效缓解锂电池因产气引起的膨胀,也能有效缓解锂电池在循环过程中的容量衰减趋势,因此合理设计的梯度降低恒流充电截止电压的策略,能有效解决循环产气的问题的同时,不影响用户的使用体验。
需要说明的是,在图7中,S71代表晶格参数c的变化曲线,S72代表晶格参数a的变化曲线,S73代表晶胞的变化曲线。在图8中,S81是降低循环过程中恒流充电截止电压的循环寿命变化曲线,S82是恒定循环过程中恒流充电截止电压的循环寿命变化曲线,S83是降低循环过程中恒流充电截止电压的膨胀率变化曲线,S84是恒定循环过程中恒流充电截止电压的膨胀率变化曲线。
需要说明的是,本申请各对比例和各实施例的电化学装置以锂离子电池进行举例说明,本申请各对比例和各实施例的电化学装置的充电限制电压以4.1V~4.3V为例,在此说明本申请的充电方法还可适用于其他电压体系电化学装置,并不局限于4.1V~4.3V体系。对该体系使用后的电化学装置采用现有技术中的充电方法的对比例(恒流充电和恒压充电)和采用本申请的充电方法实施例进行循环性能测试,对比其锂电池膨胀率。
以下陈述的对比例1为采用现有技术中的充电方法对电化学装置13进行充电。
对比例1
需要说明的是,对比例1公开的是采用化成后的电化学装置13来执行现有技术的充电方法(即恒流充电阶段以固定电压截止)的具体实施过程。
环境温度:25℃;电解液中碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(PC)含量:20wt%;正极活性材料:LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2;颗粒类型:二次颗粒;正极活性材料的Dv50/μm:8.5;电极组件结构:卷绕型的全极耳结构(每层正极极片一个极耳);
第一循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.2V;
步骤二,使用4.2V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三300次,即对所述电化学装置13进行300次充放电循环。
第二循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.2V;
步骤二、使用4.2V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
第三循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.2V;
步骤二、使用4.2V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
第四循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.2V;
步骤二、使用4.2V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
第五循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.2V;
步骤二、使用4.2V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
电化学装置13经过五个循环阶段后,量测得到电化学装置膨胀率为30%。五个循环阶段总共包括700次充放电循环,即700次循环后的电化学装置膨胀率为30%。
以下陈述的具体实施例1~32为采用本发明实施例中的充电方法对电化学装置13进行充电。需要说明的是,具体实施例1~32公开的是使用化成后的电化学装置来获得对应的充电参数,同时在充电过程中的环境温度与对比例1相同且保持不变。所述化成后的电化学装置是指刚出厂未使用过的电化学装置,或者是出厂后充放电循环次数小于预设次数(如10次,也可为其它次数)的电化学装置。
实施例1
环境温度:25℃;电解液中EC/PC含量:20wt%;正极活性材料:LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2;颗粒类型:二次颗粒;正极活性材料的Dv50/μm:8.5;电极组件结构:卷绕型的全极耳结构(每层正极极片一个极耳);
第一循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.2V;
步骤二、使用4.2V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三300次,即对所述电化学装置13进行300次充放电循环。
第二循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.18V;
步骤二、使用4.18V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
第三循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.15V;
步骤二、使用4.15V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
第四循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.1V;
步骤二、使用4.1V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
第五循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4V;
步骤二、使用4V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
电化学装置13经过五个循环阶段后,量测得到电化学装置膨胀率为10%。五个循环阶段总共包括700圈充放电循环,即实施例1700次循环后的电化学装置膨胀率为10%。
实施例2
环境温度:25℃;电解液中EC/PC含量:20wt%;正极活性材料:LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2;颗粒类型:二次颗粒;正极活性材料的Dv50/μm:8.5;电极组件结构:卷绕型的全极耳结构(每层正极极片一个极耳);
第一循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.2V;
步骤二、使用4.2V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三300次,即对所述电化学装置13进行300次充放电循环。
第二循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.15V;
步骤二、使用4.15V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
第三循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.1V;
步骤二、使用4.1V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
第四循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.05V;
步骤二、使用4.05V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
第五循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4V;
步骤二、使用4V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
电化学装置13经过五个循环阶段后,量测得到电化学装置膨胀率为8%。五个循环阶段总共包括700次充放电循环,即实施例2的700次循环后的电化学装置膨胀率为8%。
如下表1-2所示,汇整了实施例1~17与对比例1相比较的的充电参数与电化学装置膨胀率。
表1
Figure BDA0002688987820000141
Figure BDA0002688987820000151
表2
Figure BDA0002688987820000152
Figure BDA0002688987820000161
如上表1-2所示,实施例3与实施例1基本相同,不同之处在于实施例3的第一循环阶段包括200次充放电循环,第三循环阶段包括200次充放电循环。实施例3的700次循环后的电化学装置膨胀率为9%。
实施例4与实施例1基本相同,不同之处在于实施例4的第三循环阶段包括200次充放电循环,并且省去了第五循环阶段。实施例4的700次循环后的电化学装置膨胀率为11%。
实施例5与实施例1基本相同,不同之处在于实施例5在每一循环阶段的充放电循环中使用1C的恒定电流对电化学装置13进行充电。实施例5的700次循环后的电化学装置膨胀率为9%。
实施例6与实施例1基本相同,不同之处在于实施例6在每一循环阶段的充放电循环中使用2C的恒定电流对电化学装置13进行充电。实施例6的700次循环后的电化学装置膨胀率为10.5%。
实施例7与实施例1基本相同,不同之处在于实施例7在每一循环阶段的充放电循环中使用2.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电。实施例7的700次循环后的电化学装置膨胀率为11%。
实施例8与实施例1基本相同,不同之处在于实施例8在每一循环阶段的充放电循环中使用3C的恒定电流对电化学装置13进行充电,且第一循环阶段包括200次充放电循环,第五循环阶段包括150次充放电循环。实施例8的650次循环后的电化学装置膨胀率为13%。
实施例9与实施例1基本相同,不同之处在于实施例9在第一循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.1V,在第二循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.07V,在第三循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.05V,在第四循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.02V。实施例9的700圈后的电化学装置膨胀率为6%。
实施例10与实施例1基本相同,不同之处在于实施例10在第一循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.15V,在第二循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.12V,在第三循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.09V,在第四循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.04V。实施例10的700次循环后的电化学装置膨胀率为6%。
实施例11与实施例1基本相同,不同之处在于实施例11在第一循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.18V,在第二循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.15V,在第三循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.1V,在第四循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.06V。实施例11的700次循环后的电化学装置膨胀率为8%。
实施例12与实施例1基本相同,不同之处在于实施例12在第一循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.25V,在第二循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.2V,在第三循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.15V,在第四循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.07V。实施例12的700次循环后的电化学装置膨胀率为30%。
实施例13与实施例1基本相同,不同之处在于实施例13在第一循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.3V,在第二循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.2V,在第三循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.15V,在第四循环阶段中使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.1V。实施例13的700次循环后的电化学装置膨胀率为40%。
实施例14与实施例1基本相同,不同之处在于实施例14的第一循环阶段包括400次充放电循环,且电解液中EC/PC含量:10wt%。实施例14的800次循环后的电化学装置膨胀率为14%。
实施例15与实施例1基本相同,不同之处在于实施例15的第一循环阶段包括350次充放电循环,且电解液中EC/PC含量:15wt%。实施例15的750次循环后的电化学装置膨胀率为11%。
实施例16与实施例1基本相同,不同之处在于实施例16的第一循环阶段包括250次充放电循环,且电解液中EC/PC含量:25wt%。实施例16的650次循环后的电化学装置膨胀率为9.5%。
实施例17与实施例1基本相同,不同之处在于实施例17的第一循环阶段包括200次充放电循环,且电解液中EC/PC含量:30wt%。实施例17的600次循环后的电化学装置膨胀率为9%。
通过实施例1~17与对比例1相比可以得出:从第一循环阶段的充电截止电压随着循环次数的增加逐步降低,能有效抑制电化学装置产气,可明显改善700次循环后电化学装置的膨胀率,同时在改善700次循环后电化学装置的膨胀率的前提下,若电压下降的越快,电化学装置膨胀率相对越小,充电倍率越小,电化学装置膨胀率相对越小,初始充电截止电压越低,电化学装置膨胀率相对越小,第一循环阶段降电压越早,电化学装置膨胀率相对越小。
可以理解的,常规充电一般包括恒流充电和恒压充电,恒流充电一般电流较大,目的是让电池以较快速度充电至上限电压,恒流充电时,充电电流越大,锂离子从正极活性材料中脱出的速度越快,会更容易导致正极活性材料颗粒破碎和释氧,相应的降电压起始点需要提前,比如恒流充电电流大于2C时,恒流充电截止电压从4.2V降低至4.18V优选在小于300次循环开始,反之可以延后(比如恒流充电电流小于2C时,恒流充电截止电压从4.2V降低至4.18V可以在大于300次循环开始)。此外,恒流充电电流越大,电化学装置的极化也越大,会更容易导致正极活性材料颗粒破碎和释氧,可以更早的降低至更低的恒流充电截止电压,如300次循环之前,截止电压由4.2V降低至4.15V。充电的上限电压越高,锂离子从正极活性材料脱出得越多,会更容易导致正极活性材料颗粒破碎和释氧,相应的降电压的的起始点需要提前,比如第一循环阶段的截止电压大于4.2V时,优选在小于300次循环开始降低充电截止电压,反之可以延后,比如第一循环阶段的截止电压小于4.2V时,可以在大于300次循环开始降低充电截止电压。
在一实施方式中,温度也是加剧循环产气的一个因素,温度越高相应的降电压的起始点需要提前,比如充电时电化学装置最高温度大于50℃时,优选在小于300次循环开始降低充电截止电压,反之可以延后(比如充电时电化学装置最高温度小于45℃时,可以在大于300次循环开始降低充电截止电压。该温度可以是指环境温度或电化学装置应用过程中的自身产热,若是指电化学装置应用过程中的自身产热,软包多极耳电化学装置具有温升低的特点,所以相应的降电压起始点可以靠后,可以在大于300次循环开始降低充电截止电压,如果是非多极耳结构电化学装置,优选在小于300次循环后开始降低充电截止电压。
如下表3-4所示,汇整了实施例18~21的充电参数与电化学装置膨胀率。
表3
Figure BDA0002688987820000191
Figure BDA0002688987820000201
表4
Figure BDA0002688987820000202
实施例18
环境温度:25℃;电解液中EC/PC含量:10wt%;正极活性材料:LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2;颗粒类型:二次颗粒;正极活性材料的Dv50/μm:8.5;电极组件结构:卷绕型的全极耳结构(每层正极极片一个极耳);
第一循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.2V;
步骤二、使用4.2V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三300次,即对所述电化学装置13进行300次充放电循环。
第二循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.18V;
步骤二、使用4.18V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
第三循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.15V;
步骤二、使用4.15V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
第四循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4.1V;
步骤二、使用4.1V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
第五循环阶段的充放电过程:
步骤一、使用1.5C的恒定电流对电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电压达到截止电压4V;
步骤二、使用4V的恒定电压为电化学装置13进行充电,直到电化学装置的电流达到预设截止电流(0.05C);
步骤三、使用预设的放电电流对电化学装置13进行放电至预设放电截止电压;
步骤四、重复上述步骤一至步骤三100次,即对所述电化学装置13进行100次充放电循环。
电化学装置13经过五个循环阶段后,量测得到电化学装置膨胀率为7%,即实施例18的700次循环后的电化学装置膨胀率为7%。
实施例19与实施例18基本相同,不同之处在于实施例19的电解液中EC/PC含量:15wt%。实施例19的700次循环后的电化学装置膨胀率为8%。
实施例20与实施例18基本相同,不同之处在于实施例20的电解液中EC/PC含量:25wt%。实施例20的700次循环后的电化学装置膨胀率为12%。
实施例21与实施例18基本相同,不同之处在于实施例21的电解液中EC/PC含量:30wt%。实施例21的700次循环后的电化学装置膨胀率为15%。
由上表3-4示出的实施例18~21可以得出:从第一循环阶段的充电截止电压随着循环次数的增加逐步降低,能有效抑制电化学装置产气,可明显改善700次循环后电化学装置的膨胀率,同时电解液中EC/PC含量越低,电化学装置膨胀率相对越小。
如下表5-6所示,汇整了实施例22~29的充电参数与电化学装置膨胀率。
表5
Figure BDA0002688987820000221
表6
Figure BDA0002688987820000222
Figure BDA0002688987820000231
实施例22与实施例1基本相同,不同之处在于实施例22的正极活性材料的Dv50/μm:5。实施例22的700次循环后的电化学装置膨胀率为8%。
实施例23与实施例1基本相同,不同之处在于实施例23的正极活性材料的Dv50/μm:7.5。实施例23的700次循环后的电化学装置膨胀率为9%。
实施例24与实施例1基本相同,不同之处在于实施例24的正极活性材料的Dv50/μm:9.5。实施例24的700次循环后的电化学装置膨胀率为11%。
实施例25与实施例1基本相同,不同之处在于实施例25的正极活性材料的Dv50/μm:12。实施例25的700次循环后的电化学装置膨胀率为12%。
实施例26与实施例1基本相同,不同之处在于实施例26的正极活性材料的Dv50/μm:5。实施例26的700次循环后的电化学装置膨胀率为13%。
实施例27与实施例1基本相同,不同之处在于实施例27的正极活性材料:LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。实施例27的700次循环后的电化学装置膨胀率为7%。
实施例28与实施例1基本相同,不同之处在于实施例28的正极活性材料:LiNi0.88Co0.1Mn0.02O2。实施例28的700次循环后的电化学装置膨胀率为16%。
实施例29与实施例1基本相同,不同之处在于实施例29的颗粒类型:一次颗粒。实施例29的700次循环后的电化学装置膨胀率为8%。
由上表5-6示出的实施例22~29可以得出:从第一循环阶段的充电截止电压随着循环次数的增加逐步降低,能有效抑制电化学装置产气,可明显改善700次循环后电化学装置的膨胀率,同时二次颗粒越小,电化学装置膨胀率相对越小,Ni含量越低,电化学装置膨胀率相对越小,一次颗粒比二次颗粒膨胀率小。
如下表7-8所示,汇整了实施例30~32的充电参数与电化学装置膨胀率。
表7
Figure BDA0002688987820000241
表8
Figure BDA0002688987820000242
实施例30与实施例1基本相同,不同之处在于实施例30的电极组件结构:半极耳结构(正极极片的每一圈一个极耳)。实施例30的700次循环后的电化学装置膨胀率为12%。
实施例31与实施例1基本相同,不同之处在于实施例31的电极组件结构:1/4极耳结构(正极极片的每二圈一个极耳)。实施例31的700次循环后的电化学装置膨胀率为14%。
实施例32与实施例1基本相同,不同之处在于实施例32的电极组件结构:单极耳结构(正极极片只有1个极耳)。实施例32的700次循环后的电化学装置膨胀率为16%。
由上表7-8示出的实施例30~32可以得出:从第一循环阶段的充电截止电压随着循环次数的增加逐步降低,能有效抑制电化学装置产气,可明显改善700次循环后电化学装置的膨胀率,同时极耳数越多,电化学装置膨胀率相对越小。
综上所述,本申请的实施例通过降低各个循环阶段的恒流充电截止电压,能有效缓解电化学装置因产气引起的膨胀,也能有效缓解电化学装置在循环过程中的容量衰减趋势,本方案在各循环阶段间梯度降低恒流充电截止电压的策略,不仅能有效解决循环产气的问题,且不影响用户的使用体验。
请参阅图9,在本实施方式中,所述计算机程序10可以被分割成一个或多个模块,所述一个或多个模块可存储在所述处理器11中,并由所述处理器11执行本申请实施例的充电方法。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段,所述指令段用于描述所述计算机程序10在所述电子装置100中的执行过程。例如,所述计算机程序10可以被分割成图9中的恒流充电模块101及恒压充电模块102。
在第一循环阶段,所述恒流充电模块101用于对电化学装置13进行充电,直到电化学装置13的电压达到第一截止电压。
在第二循环阶段,所述恒流充电模块101还用于对电化学装置13进行充电,直到电化学装置13的电压达到第二截止电压,其中所述第二截止电压小于所述第一截止电压。
在第一循环阶段,所述恒压充电模块102用于对电化学装置13进行充电,直到电化学装置13的电流达到第一截止电流。
在第二循环阶段,所述恒压充电模块102还用于对电化学装置13进行充电,直到电化学装置13的电流达到第二截止电流,其中所述第二截止电流大于或等于所述第一截止电流。
通过所述处理器11执行该计算机程序10可以对所述电化学装置13进行充电管理,以实现有效解决循环产气的问题,且不影响用户的使用体验。具体内容可以参见上述电化学装置的充电方法的实施例,在此不再详述。
所述计算机程序10中的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程,也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中,所述计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。其中,所述计算机程序包括计算机程序代码,所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括:能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是,所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减,例如在某些司法管辖区,根据立法和专利实践,计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
可以理解的是,以上所描述的模块划分,为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式。另外,在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在相同处理单元中,也可以是各个模块单独物理存在,也可以两个或两个以上模块集成在相同单元中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
在另一实施方式中,所述电子装置100还可包括存储器(图未示),所述一个或多个模块还可存储在存储器中,并由所述处理器11执行。所述存储器可以是电子装置100的内部存储器,即内置于所述电子装置100的存储器。在其他实施例中,所述存储器也可以是电子装置100的外部存储器,即外接于所述电子装置100的存储器。
在一些实施例中,所述存储器用于存储程序代码和各种数据,例如,存储安装在所述电子装置100中的计算机程序10的程序代码,并在电子装置100的运行过程中实现高速、自动地完成程序或数据的存取。
所述存储器可以包括随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如硬盘、内存、插接式硬盘、智能存储卡(Smart Media Card,SMC)、安全数字(Secure Digital,SD)卡、闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。
对于本领域技术人员而言,显然本申请不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本申请。因此,无论从哪一点来看,均应将本申请上述的实施例看作是示范性的,而且是非限制性的。

Claims (14)

1.一种电化学装置的充电方法,其特征在于,所述充电方法包括:
第一循环阶段,所述第一循环阶段的充电阶段具有第一截止电压;以及
第二循环阶段,所述第二循环阶段的充电阶段具有第二截止电压,其中,所述第二截止电压小于所述第一截止电压。
2.如权利要求1所述的充电方法,其特征在于,所述充电方法包括依序的n个循环阶段,所述n个循环阶段分别定义为第i循环阶段,i=1、2、…、n,n为大于1的正整数,所述第i循环阶段的前一循环阶段定义为第i-1循环阶段,所述第i循环阶段的充电阶段具有第i截止电压,所述第i-1循环阶段的充电阶段具有第i-1截止电压,所述第i截止电压小于所述第i-1截止电压。
3.如权利要求2所述的充电方法,其特征在于,所述第i循环阶段包括恒定电压充电阶段,所述第i循环阶段的恒定电压充电阶段电压的值等于第i截止电压的值。
4.如权利要求3所述的充电方法,其特征在于,所述第i循环阶段的恒定电压充电阶段的截止电流定义为第i截止电流,第i-1循环阶段的恒定电压充电阶段的截止电流定义为第i-1截止电流,所述第i截止电流大于或等于所述第i-1截止电流。
5.如权利要求4所述的充电方法,其特征在于,所述第i截止电流为0.5C至6C。
6.如权利要求2所述的充电方法,其特征在于,所述第i循环阶段包括恒定电流充电阶段,所述第i循环阶段的恒定电流充电阶段的电流定义为第i电流,第i-1循环阶段的恒定电流充电阶段的电流定义为第i-1电流,所述第i电流与所述第i-1电流相等。
7.如权利要求2-5中任意一项所述的充电方法,其特征在于,所述第i截止电压为3.8V至4.3V。
8.如权利要求2-6中任意一项所述的充电方法,其特征在于,所述第i循环阶段具有10-500次循环。
9.如权利要求1所述的充电方法,其特征在于,所述电化学装置包括电极组件,所述电极组件包括正极、负极和隔离膜,所述隔离膜设置在所述正极和所述负极之间,其中所述正极和所述负极中的至少一者具有2个以上的极耳。
10.如权利要求9所述的充电方法,其特征在于,所述电极组件为卷绕型结构,所述正极和所述负极中的至少一者每2圈具有一个极耳。
11.如权利要求9所述的充电方法,其特征在于,所述正极包括正极活性材料,所述正极活性材料为化学式LiαNixCoyM1zM2βO2所表示的化合物中的至少一种,其中0.95≤α≤1.05,0.6≤x<1,0<y<0.4,0<z<0.4,0≤β≤0.05,且x+y+z+β=1,M1元素选自Mn或Al中的一种或两种,M2元素选自Mg、Ti、Zr、Nb、Y、Cr、V、Ge、Mo或Sr中的至少一种。
12.如权利要求11所述的充电方法,其特征在于,所述正极活性材料具有以下特征中的至少一者:
(a)包括二次颗粒;
(b)Dv10≥5.0μm;
(c)7.5μm<Dv50<12.5μm;
(d)Dv90≤22.0μm;
其中,所述Dv10表示在体积基准的粒度分布中,从小粒径侧起、达到体积累积10%的粒径;所述Dv50表示在体积基准的粒度分布中,从小粒径侧起、达到体积累积50%的粒径;所述Dv90表示在体积基准的粒度分布中,从小粒径侧起、达到体积累积90%的粒径。
13.一种电子装置,其特征在于,所述电子装置包括:
电化学装置;以及
处理器,用于执行如权利要求1至12中任意一项所述的充电方法对所述电化学装置进行充电。
14.一种可读存储介质,所述可读存储介质存储有计算机指令,其特征在于,当所述计算机指令在电子装置上运行时,使得所述电子装置执行如权利要求1至12中任意一项所述的充电方法。
CN202080001997.6A 2020-03-24 2020-03-24 电化学装置的充电方法、电子装置以及可读存储介质 Active CN111954965B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2020/080850 WO2021189240A1 (zh) 2020-03-24 2020-03-24 电化学装置的充电方法、电子装置以及可读存储介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111954965A true CN111954965A (zh) 2020-11-17
CN111954965B CN111954965B (zh) 2024-08-16

Family

ID=73356555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080001997.6A Active CN111954965B (zh) 2020-03-24 2020-03-24 电化学装置的充电方法、电子装置以及可读存储介质

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210328275A1 (zh)
JP (1) JP2022535308A (zh)
CN (1) CN111954965B (zh)
WO (1) WO2021189240A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113890146A (zh) * 2021-09-29 2022-01-04 宁德新能源科技有限公司 电化学装置的充电方法、电子设备及存储介质
WO2022267029A1 (zh) * 2021-06-25 2022-12-29 宁德新能源科技有限公司 电化学装置管理方法、电子设备、充电装置及存储介质
WO2023185148A1 (zh) * 2022-03-31 2023-10-05 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及其控制方法、电子设备和存储介质
WO2023184336A1 (zh) * 2022-03-31 2023-10-05 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及其控制方法、电子设备和存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106451640A (zh) * 2016-10-31 2017-02-22 维沃移动通信有限公司 一种充电方法及移动终端
CN106785132A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 东莞新能源科技有限公司 充电方法及装置
CN207765536U (zh) * 2018-07-20 2018-08-24 上海瑞浦青创新能源有限公司 一种用于卷绕式锂离子电池的极片、电芯及锂离子电池
CN110233247A (zh) * 2018-12-29 2019-09-13 宁德时代新能源科技股份有限公司 正极活性材料、正极极片及电化学储能装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1014123A (ja) * 1996-06-24 1998-01-16 Toshiba Battery Co Ltd 二次電池の充電回路
JP2001309568A (ja) * 2000-04-26 2001-11-02 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 充電システム、充電制御装置、充電制御方法及びコンピュータ
JP4093205B2 (ja) * 2003-12-05 2008-06-04 松下電器産業株式会社 充電制御装置
JP5400333B2 (ja) * 2008-09-24 2014-01-29 パナソニック株式会社 充電器
CN102318129A (zh) * 2009-11-27 2012-01-11 松下电器产业株式会社 锂离子二次电池的充电方法以及电池组
JP6787310B2 (ja) * 2015-03-24 2020-11-18 日本電気株式会社 リチウムイオン二次電池
CN109065989B (zh) * 2018-07-27 2020-06-05 维沃移动通信有限公司 一种充电方法及充电装置
CN111969183B (zh) * 2018-08-31 2021-06-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 正极极片、其制备方法及其相关的锂离子二次电池、电动车辆和电子产品
CN111316527A (zh) * 2018-12-25 2020-06-19 华为技术有限公司 可选配终端充电的方法、图形用户界面及电子设备
CN112689934B (zh) * 2019-10-21 2023-10-17 宁德新能源科技有限公司 充电方法、电子装置以及存储介质

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106451640A (zh) * 2016-10-31 2017-02-22 维沃移动通信有限公司 一种充电方法及移动终端
CN106785132A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 东莞新能源科技有限公司 充电方法及装置
CN207765536U (zh) * 2018-07-20 2018-08-24 上海瑞浦青创新能源有限公司 一种用于卷绕式锂离子电池的极片、电芯及锂离子电池
CN110233247A (zh) * 2018-12-29 2019-09-13 宁德时代新能源科技股份有限公司 正极活性材料、正极极片及电化学储能装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022267029A1 (zh) * 2021-06-25 2022-12-29 宁德新能源科技有限公司 电化学装置管理方法、电子设备、充电装置及存储介质
CN113890146A (zh) * 2021-09-29 2022-01-04 宁德新能源科技有限公司 电化学装置的充电方法、电子设备及存储介质
WO2023185148A1 (zh) * 2022-03-31 2023-10-05 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及其控制方法、电子设备和存储介质
WO2023184336A1 (zh) * 2022-03-31 2023-10-05 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及其控制方法、电子设备和存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022535308A (ja) 2022-08-08
US20210328275A1 (en) 2021-10-21
WO2021189240A1 (zh) 2021-09-30
CN111954965B (zh) 2024-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111954965B (zh) 电化学装置的充电方法、电子装置以及可读存储介质
US20210328450A1 (en) Charging method for electrochemical device, electronic device and readable storage medium
CN112005426B (zh) 充电方法、电子装置以及存储介质
JP5089825B2 (ja) 非水電解質二次電池の充電方法、及び電池パック
WO2009150773A1 (ja) リチウムイオン二次電池の充電方法および充放電方法
US20020102462A1 (en) Electrodes for lithium batteries
JP6274453B2 (ja) 高電圧リチウム二次電池の製造方法
CN102280661A (zh) 钛酸锂电池及其电解液
WO2022027223A1 (zh) 电子装置、用于电化学装置的充电方法、终端和存储介质
KR20110118225A (ko) 고용량 리튬이차전지의 활성화 방법
KR100560538B1 (ko) 리튬 이온 이차 전지용 음극 활물질
KR101520118B1 (ko) 리튬이차전지의 사이클 성능 개선 방법
JP4503964B2 (ja) 非水電解質二次電池
EP3876336A1 (en) Discharging method, electronic apparatus, and storage medium
JP2011124166A (ja) リチウムイオン二次電池の充電方法
CN115064796A (zh) 一种软包锂离子电池的化成工艺
JP2013131426A (ja) 非水電解質二次電池の充電方法、及び電池パック
CN102315478A (zh) 锂离子电池体系及改善锂电池低温放电性能的方法
CN112946500A (zh) 一种快速测试锂离子电池循环寿命的方法
WO2023184339A1 (zh) 电化学装置及控制方法、电化学装置管理系统、电子设备和介质
CN116936969A (zh) 电化学装置及其控制方法、电子设备和存储介质
TWI823215B (zh) 電池
WO2023184338A1 (zh) 电化学装置、充电方法和电子设备
US20230335809A1 (en) Charging method, electronic apparatus, and storage medium
CN115149127A (zh) 电池的充放电方法、电子装置以及存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210526

Address after: No.1, Xinghui Road, Songshanhu Park, Dongguan, Guangdong 523000

Applicant after: Dongguan xinneng'an Technology Co.,Ltd.

Address before: 352106 No. 1 Xingang Road, Zhangwan Town, Jiaocheng District, Ningde City, Fujian Province

Applicant before: NINGDE AMPEREX TECHNOLOGY Ltd.

Applicant before: Dongguan Amperex Technology Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant