CN112198444B - 一种基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法,属于锂离子电池循环寿命测试技术领域。所述方法包括:将同批次锂电池以固定的梯度增加循环周数,建立循环周数与容量保持率的关系曲线;将测试完的锂离子电池作放电处理后拆解;对每个锂离子电池进行循环测试,并进行极片膨胀度的拍摄计算;建立容量保持率与极片膨胀度的关系曲线;将待预测的锂离子电池循环一定周数后拆解,计算极片膨胀度和容量保持率;算出锂离子电池的循环寿命。本发明提供的一种基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法,基于对电池循环过程中极片的膨胀度变化,通过短期循环后实测数据的拟合计算预测电池寿命,与实际测试结果具有更好的一致性,且简单易行。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池循环寿命测试技术领域,特别涉及一种基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法。
背景技术
循环寿命是限制锂离子电池实际应用的一项重要指标。动力电池领域中普遍认为当电池容量下降到额定容量的80%后将不能再用在电动汽车上。但是常规的锂离子电池循环寿命测试方法耗时较长,会占用很大的人力、物力成本,因此寻找一种能够快速预测电池寿命的方法是十分必要的。
中国专利(公告号CN107144790A)提供了一种预测锂离子电池循环寿命的方法,通过测量不同的电芯阻抗图谱,对比图谱的形状、相对位置与容量保持率的关系来推测电芯在不同循环次数时的容量保持率,这种方法在一定程度上缩短了测试时间,但是锂离子电池的阻抗图谱是一项复杂的化学反应过程,阻抗图谱以及阻抗数值受到多方面的影响,因此这种方法不能够客观的预测锂离子电池的循环寿命。如何客观的预测锂离子电池的循环寿命仍然是该领域亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法,以解决现有的预测锂离子电池的寿命的方法过程复杂、耗时较长,且会受到许多因素的影响,导致无法客观的预测锂离子电池的循环寿命的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法,包括:
S1:选取若干个一致性良好的锂离子电池,每一只锂电池以固定的梯度增加循环周数,按照设置好的循环周数对锂离子电池分别进行循环性能测试,并记录每只电池的容量保持率,建立循环周数与容量保持率的关系曲线,并求出循环周数与容量保持率的关系式;
S2:将测试完毕的锂离子电池作放电处理,并拆解掉正/负极极片;
S3:对每个锂离子电池进行循环测试,同时对该锂离子电池的极片进行极片膨胀度的拍摄计算;
S5:将计算出的极片膨胀度与锂离子电池的容量保持率一一对应,建立容量保持率与极片膨胀度的关系曲线;
S6:将待预测的锂离子电池循环一定周数后拆解,按照步骤S2-S3计算出极片的膨胀度,代入S5中容量保持率与极片膨胀度的关系式中,算出容量保持率;
S7:将S6中计算得到的容量保持率代入S1中循环周数与容量保持率的关系式中,即可计算出锂离子电池的循环寿命。
可选的,步骤S3中对锂离子电池进行循环测试时,将组装的锂离子电池装入ECCS夹具中,所述ECCS夹具为电化学反应可视化共聚焦系统专用夹具。
可选的,步骤S1中锂离子电池的循环周数为100-300周,且以20周为一梯度。
可选的,步骤S1中选取的锂离子电池的数量为20~100只。
可选的,所述锂离子电池的极片膨胀度包括正极极片在充电过程中的厚度变化或正极极片在放电过程中的厚度变化或负极极片在充电过程中的厚度变化或负极极片在放电过程中的厚度变化。
可选的,所述锂离子电池极片包括NCM极片或磷酸铁锂极片或石墨极片或SiC极片或SiO极片或Si和石墨复配极片。
本发明提供的一种基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法具有以下有益效果:
通过ECCS精确地计算出充放电正/负极片的膨胀度变化,得出膨胀度和容量保持率的关系曲线,可以快速预测锂电池循环寿命,极大地降低了常规测试所产生的时间和资源浪费;本发明基于对电池循环过程中极片的膨胀度变化,通过短期循环后实测数据的拟合计算预测电池寿命,与纯理论计算、经验模型基于其他电池特性参数的计算相比,与实际测试结果具有更好的一致性,准确度更高且简单易行。
附图说明
图1是实施例1中的循环周数与容量保持率之间的拟合关系曲线图;
图2是实施例1中的正极片膨胀度与容量保持率之间的拟合关系曲线图;
图3是实施例1中的与待预测电池同批次电池的容量保持率与循环周数之间的实际测试关系曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供了一种基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法,包括:
S1:选取若干个一致性良好的锂离子电池,每一只锂电池以固定的梯度增加循环周数,按照设置好的循环周数对锂离子电池分别进行循环性能测试,并记录每只电池的容量保持率,建立循环周数与容量保持率的关系曲线,并求出循环周数与容量保持率的关系式;
S2:将测试完毕的锂离子电池作放电处理,并拆解掉正/负极极片;
S3:对每个锂离子电池进行循环测试,同时对该锂离子电池的极片进行极片膨胀度的拍摄计算;
S5:将计算出的极片膨胀度与锂离子电池的容量保持率一一对应,建立容量保持率与极片膨胀度的关系曲线;
S6:将待预测的锂离子电池循环一定周数后拆解,按照步骤S2-S3计算出极片的膨胀度,代入S5中容量保持率与极片膨胀度的关系式中,算出容量保持率;
S7:将S6中计算得到的容量保持率代入S1中循环周数与容量保持率的关系式中,即可计算出锂离子电池的循环寿命。
步骤S3中对锂离子电池进行循环测试时,将组装的锂离子电池装入ECCS夹具中,所述ECCS夹具为电化学反应可视化共聚焦系统专用夹具。
具体地,在步骤S1中锂离子电池的循环周数为100-300周,且以20周为一梯度。在步骤S1中选取的锂离子电池的数量为20~100只。
所述锂离子电池的极片膨胀度包括正极极片在充电过程中的厚度变化或正极极片在放电过程中的厚度变化或负极极片在充电过程中的厚度变化或负极极片在放电过程中的厚度变化。
所述锂离子电池极片包括NCM极片或磷酸铁锂极片或石墨极片或SiC极片或SiO极片或Si和石墨复配极片。
实施例一
本实施例提供了一种基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法,其中所述锂离子电池充放电的倍率为1C,充电电压的截止电压为2.8-4.2V;本实施例提供的方法包括以下步骤:
S1:选取一致性良好的100只锂离子电池,以20周为一梯度增加循环周数,按照设置好的循环周数对锂离子电池分别进行循环性能测试,并记录每只锂离子电池的容量保持率,建立循环周数与容量保持率的关系曲线,请参照图1,并求出循环周数与容量保持率的关系式y1=-3492x+3503.2;
S2:将测试完毕的锂离子电池作放电处理,并一一拆解,按照特定的模具裁切正极极片,并组装成ECCS测试电池;
S3:将锂离子电池安装连接好,对每个锂离子电池进行循环测试,同时对该锂离子电池的正极片进行极片膨胀度的拍摄计算;
S5:将计算出的正极片膨胀度与锂离子电池的容量保持率一一对应,建立正极片膨胀度与容量保持率的关系曲线,请参照图2,并求出正极片膨胀度与容量保持率的关系式y2=-0.1285x+0.9986;
S6:将待预测的锂离子电池循环一定周数后拆解,按照步骤S2-S3使用ECCS精确计算出正极片的膨胀度为154.5%,代入S5中容量保持率与正极片膨胀度的关系式中,算出容量保持率为0.8001;
S7:将S6中计算得到的容量保持率代入S1中循环周数与容量保持率的关系式中,即可计算出锂离子电池的循环寿命为709.28周。
验证:图3所示为待预测相同批次锂离子电池的实际测试循环寿命与容量保持率的拟合曲线,取预设的容量阈值为80%,从图中可得出循环寿命为710周,仅仅与计算得到的循环寿命相差1周,可见本发明预测的循环寿命与实际测试结果非常相近,具有明显的有益效果。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法,其特征在于,所述基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法包括:
S1:选取若干个一致性良好的锂离子电池,每一只锂电池以固定的梯度增加循环周数,按照设置好的循环周数对锂离子电池分别进行循环性能测试,并记录每只电池的容量保持率,建立循环周数与容量保持率的关系曲线,并求出循环周数与容量保持率的关系式;
S2:将测试完毕的锂离子电池作放电处理,并拆解掉正/负极极片;
S3:对每个锂离子电池进行循环测试,同时对该锂离子电池的极片进行极片膨胀度的拍摄计算;所述锂离子电池的极片膨胀度包括正极极片在充电过程中的厚度变化或正极极片在放电过程中的厚度变化或负极极片在充电过程中的厚度变化或负极极片在放电过程中的厚度变化;
S5:将计算出的极片膨胀度与锂离子电池的容量保持率一一对应,建立容量保持率与极片膨胀度的关系曲线;
S6:将待预测的锂离子电池循环一定周数后拆解,按照步骤S2-S3计算出极片的膨胀度,代入S5中容量保持率与极片膨胀度的关系式中,算出容量保持率;
S7:将S6中计算得到的容量保持率代入S1中循环周数与容量保持率的关系式中,即可计算出锂离子电池的循环寿命。
2.如权利要求1所述的一种基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法,其特征在于,步骤S3中对锂离子电池进行循环测试时,将组装的锂离子电池装入ECCS夹具中,所述ECCS夹具为电化学反应可视化共聚焦系统专用夹具。
3.如权利要求1所述的一种基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法,其特征在于,步骤S1中锂离子电池的循环周数为100-300周,且以20周为一梯度。
4.如权利要求1所述的一种基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法,其特征在于,步骤S1中选取的锂离子电池的数量为20~100只。
5.如权利要求1所述的一种基于极片膨胀度预测锂离子电池循环寿命的方法,其特征在于,所述锂离子电池极片包括NCM极片或磷酸铁锂极片或石墨极片或SiC极片或SiO极片或Si和石墨复配极片。
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