CN112186854A - 一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池的技术领域，公开了一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，包括以下步骤：1)将所述锂离子电池按设定模式充电或放电至目标电压；2)将达到所述目标电压的所述锂离子电池搁置一定时间；3)对搁置后的所述锂离子电池施加外部反向微小电流进行短时放电或充电干预；4)将所述锂离子电池搁置一段时间后进行电压测试，所测得电压即为所述锂离子电池消除极化后的电压。本发明通过施加微小反向作用电流可使电池在较短时间内达到电池开路电压平衡稳定，有利于在较短时间内筛选自放电大的不良电池，缩短电池及其电压配组生产周期，提升静态电压配组准确度，现有检测设备无需改造升级，不增加额外成本。

Description

一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法

技术领域

本发明专利涉及电池的技术领域，具体而言，涉及一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法。

背景技术

目前，电池在移动通讯、电动汽车、储能等各领域的应用越来越广泛，几乎包括了我们生活、生产、科研的所有领域。在电池大规模应用的场合，通常需要多只单体电池进行串并联成为电池组，单体电池的一致性好坏，直接影响电池模块的性能，甚至直接影响电池的安全性和使用寿命。

根据电化学原理，单体电池在充放电后会产生极化现象，使其开路电压偏离电池的平衡电压，充放电流越大，极化现象越严重，电池开路电压偏离平衡电压就越大，严重影响电池的一致性。即使在停止充放电之后，电池的极化现象在一定时间内会仍然存在，甚至会保持很长时间，十几小时甚至几天时间。

锂离子电池配组使用需满足两个条件：(1)通过老化前后电压差值将自放电大的不良品电池挑出；(2)电池配组时电压要处于稳定状态。条件(1)中老化前的电压通常是经历一个充电过程，充电后电池存在极化电压，如果极化电压不消除，会导致电池自放电的误判。条件(2)中良品电池在配组前一般也会经历充电或放电过程，同样也会存在极化电压，如果极化电压不消除，会导致同组电池中单体电池间电压差较大，影响电池组整体性能。极化现象是锂离子电池充放电后的一种正常的化学现象，也是锂离子电池使用过程中无法回避的问题。传统消除锂离子电池充放电结束后极化电压的方法是：通过长时间搁置让电池自然消除极化，达到电压稳定，或通过电池在高温环境中存放来加速极化电压消除。这种方法或增加能耗成本，且缩短消除极化电压搁置时间有限，严重影响电池产出周期和生产效率。

现有技术中消除电池极化的方法，对于应用端上游的电池生产厂商来说，不仅消除极化方法复杂，成本较高，且许多方法在现有通用检测充放电设备上不具有普适性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，旨在解决现有技术中消除电池极化成本高的问题。

本发明是这样实现的，一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，包括以下步骤：

1)将所述锂离子电池按设定模式充电或放电至目标电压；

2)将达到所述目标电压的所述锂离子电池搁置一定时间；

3)对搁置后的所述锂离子电池施加外部反向微小电流进行短时放电或充电干预，包括：对步骤1)中充电的所述锂离子电池进行放电干预，或对步骤1)中放电的所述锂离子电池进行充电干预；

4)将所述锂离子电池搁置一段时间后进行电压测试，所测得电压即为所述锂离子电池消除极化后的电压。

进一步的，在步骤1)中，所述设定模式包括但不限于恒流、恒压或恒流恒压模式，所述目标电压为将所述锂离子电池按所述设定模式充电或放电到一定荷电状态所对应的电压。

进一步的，在步骤2)中搁置时间为0～100h。

进一步的，在步骤3)中，所述微小电流方向与步骤1)中放电或充电的电流作用方向相反，所述微小电流大小为0～0.5C，所述微小电流作用时间为0～100h。

进一步的，在步骤3)中，所述微小电流导致所述锂离子电池荷电状态变化的电量不超过所述锂离子电池总电量的1％。

进一步的，在步骤3)放电干预或充电干预的过程中，从干预开始依次分为第1干预阶段、第2干预阶段、……、第N干预阶段，第1干预阶段的所述微小电流≥第2干预阶段的所述微小电流≥……≥第N干预阶段的所述微小电流。

进一步的，第1干预阶段的干预时间≤第2干预阶段的干预时间≤……≤第N干预阶段的干预时间。

进一步的，在步骤3)放电干预或充电干预的过程中，从干预开始依次分为第1干预阶段、第1暂停阶段、第2干预阶段、第2暂停阶段、……、第N干预阶段，在每个干预阶段以所述微小电流作用一定时间后，暂停一段时间，然后再进入下一个干预阶段，直至放电干预或充电干预完成。

进一步的，步骤3)的放电干预或充电干预的流程是基于所述锂离子电池的极化曲线确定的。

进一步的，在步骤4)中搁置时间为0～100h。

与现有技术相比，本发明提供的一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，具有以下益处：通过施加微小反向作用电流可使电池在较短时间内达到电池开路电压平衡稳定，有利于在较短时间内筛选自放电大的不良电池，缩短电池及其电压配组生产周期，提升静态电压配组准确度，现有检测设备无需改造升级，不增加额外成本。

附图说明

图1是本发明提供的一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1所示，为本发明提供的较佳实施例。

一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，包括以下步骤：

1)将锂离子电池按设定模式充电或放电至目标电压；

2)将达到目标电压的锂离子电池搁置一定时间；

3)对搁置后的锂离子电池施加外部反向微小电流进行短时放电或充电干预，包括：对步骤1)中充电的锂离子电池进行放电干预，或对步骤1)中放电的锂离子电池进行充电干预；

4)将锂离子电池再搁置一段时间后进行电压测试，所测得电压即为锂离子电池消除极化后的电压。

与现有方法相比，本实施例提供的低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，具有以下益处：通过施加微小反向作用电流可使电池在较短时间内达到电池开路电压平衡稳定，有利于在较短时间内筛选自放电大的不良电池，缩短电池及其电压配组生产周期，提升静态电压配组准确度，现有检测设备无需改造升级，不增加额外成本。

在步骤1)中，将锂离子电池按设定模式充电或放电至目标电压，其中，设定模式包括但不限于恒流、恒压或恒流恒压模式，目标电压为将锂离子电池按所述设定模式充电或放电到一定荷电状态所对应的电压。

通常锂离子电池的额定电压，因为材料的变化，一般为3.7V，磷酸铁锂正极的锂离子电池额定电压则为3.2V。锂离子电池充满电时的终止充电电压一般是4.2V，磷酸铁锂正极的为3.65V。锂离子电池的终止放电电压为2.75V～3.0V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压，各参数略有不同，一般为3.0V，磷酸铁锂正极的为2.5V)。低于2.5V(磷酸铁锂正极的2.0V)继续放电称为过放，过放对电池会有损害。

例如，有的锂离子电池标3.7V或4.2V，只是生产厂商标注的不一样而己。3.7V指电池使用过程中放电的平衡电压(即典型电压)，而4.2V指的是充电满电时的电压。常见的可充18650锂电池，电压都是标3.6或者3.7v,充满电的时候是4.2v，这跟电量(容量)关系不大，18650电池主流的容量从1800mAh到2600mAh，(18650动力电池容量多在2200～2600mAh)，主流的容量甚至有标3500或4000mAh以上的都有。

锂离子电池的充电过程一般分为两个阶段，先恒流充电，到接近终止电压时改为恒压充电。例如一种800mAh容量的锂离子电池，其终止充电电压为4.2V。充电过程中，锂离子电池先以800mA(充电电流为1C)恒流充电，开始时电池电压以较大的斜率升压，当电池电压接近4.2V时，改成4.2V恒压充电，电流渐降，电压变化不大，到充电电流降为0.1C(约80mA)时，认为接近充满，可以终止充电(有的充电器到1/10C后启动定时器，过一定时间后结束充电)。锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时，会造成电池的损坏或降低使用寿命。在对锂离子电池进行充电时，通常使用与之相对应的充电器，避免因电池与充电器不匹配导致电池损坏或安全隐患。

在步骤2)中，将达到目标电压的锂离子电池搁置一定时间，搁置时间为0～100h(小时)，可以是5分钟、10分钟、30分钟、60分钟、2小时、3小时、5小时、10小时、20小时、30小时、50小时、100小时等。通常只需搁置较短的时间，例如5分钟，就可以进行步骤3)进行放电或充电干预。

在步骤3)中，微小电流方向与步骤1)中放电或充电的电流作用方向相反，微小电流大小为0～0.5C，微小电流作用时间为0～100h，微小电流导致锂离子电池荷电状态变化的电量不超过锂离子电池总电量的1％。

微小电流大小为0～0.5C，指的是充电电池的充电率(C-rate)，C是Capacity(容量)的第一个字母，用来表示电池充放电时电流大小的比率。例如：对于1200mAh的电池，1C表示1200mA，0.2C表示240mA；当充电电池的额定容量为1100mAh时，即表示以1100mA(1C)放电时间可持续1小时，如以200mA(0.2C)放电时间可持续5小时，充电也可按此对照计算。

微小电流的作用时间为0～100h，可以是5分钟、10分钟、30分钟、60分钟、2小时、3小时、5小时、10小时、20小时、30小时、50小时、100小时等。

在放电干预或充电干预的过程中，微小电流导致锂离子电池荷电状态变化的电量不超过锂离子电池总电量的1％。放电干预或充电干预对锂离子电池的总电量影响很小，但可以在较短时间内消除锂离子电池的极化电压。

在步骤3)放电干预或充电干预的过程中，从干预开始依次分为第1干预阶段、第2干预阶段、……、第N干预阶段，在每个干预阶段，由一定大小的微小电流作用(放电或充电)一定时间，其中，第1干预阶段的所述微小电流≥第2干预阶段的所述微小电流≥……≥第N干预阶段的所述微小电流。随着干预阶段的进行，干预的微小电流越来越小，使得整个干预过程平稳过渡。

通常，可以让第1干预阶段的干预时间≤第2干预阶段的干预时间≤……≤第N干预阶段的干预时间。让干预过程更平稳，达到较好的消除极化的效果。

或者，在步骤3)放电干预或充电干预的过程中，从干预开始可依次分为第1干预阶段、第1暂停阶段、第2干预阶段、第2暂停阶段、……、第N干预阶段，在每个干预阶段以所述微小电流作用一定时间后，暂停一段时间，然后再进入下一个干预阶段，直至放电干预或充电干预完成。在每个暂停阶段，暂停对锂离子电池进行放电干预或充电干预，相当于在每两个干预阶段之间都将锂离子电池搁置一段时间。干预阶段和暂停阶段的时长可通过定时器或计时器来控制。这样也有利于快速消除锂离子电池的极化电压。

在步骤3)的放电干预或充电干预的流程中，分几个干预阶段，每个干预阶段的微小电流大小是多少，作用时间多长，是基于所述锂离子电池的极化曲线确定的。通常对于同一类型锂离子电池的极化曲线相差不大，可通过常规的试验检测来确定。

在步骤4)中将锂离子电池搁置一段时间后进行电压测试，所测得电压即为锂离子电池消除极化后的电压，搁置时间为0～100h(小时)，可以是5分钟、10分钟、30分钟、60分钟、2小时、3小时、5小时、10小时、20小时、30小时、50小时、100小时等。通常可以在搁置1～3小时之后，进行电压测试。

具体实施例一：一种镍钴锰酸锂三元正极材料体系18650锂离子电池恒流恒压充电至4.2V极化电压快速消除的方法，包括如下步骤：

1)将电池按恒流恒压充电模式充电至4.2V，截止电流0.05C；

2)电池按步骤1充电结束后静置5分钟；

3)静置结束后，电池按以下工艺流程分别恒流放电：第1阶段，以微小电流0.1C放电1分钟；第2阶段，以微小电流0.05C放电1分钟；第3阶段，以微小电流0.02C放电2分钟；第4阶段，以微小电流0.01C放电2分钟。整个过程导致电池电量变化为-0.35％；

4)步骤3结束后，电池静置1h后测试电压，该电压即为电池消除极化后的电压。

具体实施例二：一种镍钴锰酸锂三元正极材料体系18650锂离子电池恒流放电至3.65V极化电压快速消除的方法，包括如下步骤：

1)将电池按恒流放电模式放电至3.65V；

2)电池按步骤1放电结束后静置5分钟；

3)静置结束后，电池按以下工艺分别恒流充电：第1阶段，以微小电流0.02C充电1分钟；第2阶段，以微小电流0.01C充电2分钟。整个过程导致电池电量变化为+0.07％；

4)步骤3结束后，电池静置1h后测试电压，该电压即为电池消除极化后的电压。

在以上实施例中，通过施加微小反向作用电流可使电池在较短时间内达到电池开路电压平衡稳定，有利于在较短时间内筛选自放电大的不良电池，缩短电池及其电压配组生产周期，提升静态电压配组准确度，现有检测设备无需改造升级，不增加额外成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将所述锂离子电池按设定模式充电或放电至目标电压；

2)将达到所述目标电压的所述锂离子电池搁置一定时间；

3)对搁置后的所述锂离子电池施加外部反向微小电流进行短时放电或充电干预，包括：对步骤1)中充电的所述锂离子电池进行放电干预，或对步骤1)中放电的所述锂离子电池进行充电干预；

4)将所述锂离子电池搁置一段时间后进行电压测试，所测得电压即为所述锂离子电池消除极化后的电压。

2.如权利要求1所述的一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，其特征在于，在步骤1)中，所述设定模式包括但不限于恒流、恒压或恒流恒压模式，所述目标电压为将所述锂离子电池按所述设定模式充电或放电到一定荷电状态所对应的电压。

3.如权利要求1所述的一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，其特征在于，在步骤2)中搁置时间为0～100h。

4.如权利要求1所述的一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，其特征在于，在步骤3)中，所述微小电流方向与步骤1)中放电或充电的电流作用方向相反，所述微小电流大小为0～0.5C，所述微小电流作用时间为0～100h。

5.如权利要求4所述的一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，其特征在于，在步骤3)中，所述微小电流导致所述锂离子电池荷电状态变化的电量不超过所述锂离子电池总电量的1％。

6.如权利要求5所述的一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，其特征在于，在步骤3)放电干预或充电干预的过程中，从干预开始依次分为第1干预阶段、第2干预阶段、……、第N干预阶段，第1干预阶段的所述微小电流≥第2干预阶段的所述微小电流≥……≥第N干预阶段的所述微小电流。

7.如权利要求6所述的一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，其特征在于，第1干预阶段的干预时间≤第2干预阶段的干预时间≤……≤第N干预阶段的干预时间。

8.如权利要求5所述的一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，其特征在于，在步骤3)放电干预或充电干预的过程中，从干预开始依次分为第1干预阶段、第1暂停阶段、第2干预阶段、第2暂停阶段、……、第N干预阶段，在每个干预阶段以所述微小电流作用一定时间后，暂停一段时间，然后再进入下一个干预阶段，直至放电干预或充电干预完成。

9.如权利要求6-8任一项所述的一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，其特征在于，步骤3)的放电干预或充电干预的流程是基于所述锂离子电池的极化曲线确定的。

10.如权利要求1-8任一项所述的一种低成本快速消除锂离子电池极化电压的方法，其特征在于，在步骤4)中搁置时间为0～100h。

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