CN112630672A - 一种锂电池容量校正的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂电池容量校正的方法及其应用，所述方法采用分步放电的方法，先将锂电池进行定容放电，得到定容放电容量C1，其中C1选自80％‑99％DOD，之后搁置降温，待温度趋于稳定后，将锂电池以电压截止进行非定容放电，得到非定容放电容量C2，并对非定容放电的容量测试值C2进行校正，得到C2校正，之后计算得到锂电池容量的校正值C校正＝C1+C2校正，本发明所述方法通过分步放电方式，并对非定容放电的容量进行校正，减少了温度对容量测试的干扰，提高了容量的一致性，更有利于达到100％的配组目标。
Description
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，涉及一种锂电池容量校正的方法及其应用。
背景技术
随着新能源行业的崛起，三元材料的锂离子电池凭借其在容量及性能方面的突出优势，已迅速抢占动力电池的主要市场，但是单个电池的电压及容量无法满足一般新能源汽车的要求，这就需要将一定数量的电池进行串联或者并联来使其达到顾客需求的标准，这就是所谓的电池配组。电池配组对电池的一致性要求较高，包括电池的内阻、电压及容量等方面，而分容工序对电池容量及电压有着决定性的影响，这就要求我们在分容工序就需对电池把好关。
传统分容工序采取的放电工艺是以恒流将锂电池放电到截止电压得到容量；这样放电过程的曲线一般分为三个阶段：(1)锂电池在初始阶段端电压快速下降，放电倍率越大，电压下降的越快；(2)锂电池电压进入一个缓慢变化的阶段，这段时间称为电池的平台区，放电倍率越小，平台区持续的时间越长，平台电压越高，电压下降越缓慢；(3)在电池电量接近放完时，电池负载电压开始急剧下降直至达到放电截止电压。这种放电方式容易出现两个弊端：其一是锂电池容易出现过放电的现象，导致电池的性能受到影响；其二是放电过程中，容量受环境温度差异和电芯自身温升差异的影响，导致电芯容量的一致性降低。
CN105609889A公开了一种圆柱锂电池快速化成分容方法，其包括老化、化成、陈化、分容和分档步骤，分容过程以一定电流放电，所述电流为0.5～1C，截止电压为2.5～2.75V；CN110911757A公开了一种三元锂离子电池安全分容方法，其分容过程采用0.33～1C恒流放电至3.0V，记录放电容量；上述方案的分容过程均采用一次充放电，其测试过程受温度影响大，所得锂电池容量一致性不足，不利于电池配组率的提升。
传统电芯一次放电工艺容量校正的公式为：C校正＇＝C0+a＇(K＇-T＇)，其中，C校正＇为校正后容量；C0为测试容量；a＇为单位温度的容量差；T＇为放电过程的平均温度；其存在过程受温度影响大，容量校正极差较大，采用上述一次放电工艺的电池容量一致性不足，配组率低的问题。
因此，开发一种能明显降低温度影响且容量校正极差较小的锂电池容量校正的方法仍具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂电池容量校正的方法及其应用，所述方法采用分步放电的方法，即先将锂电池进行定容放电至放电容量C1，之后搁置降温，待温度趋于稳定后，将锂电池进行非定容放电，记录非定容放电过程的放电容量C2，并对非定容放电的容量测试值C2进行校正，得到C2校正，之后计算得到锂电池容量的校正值C校正＝C1+C2校正，本发明所述方法通过分步放电方式，并对非定容放电的容量进行校正，减少了温度对放电容量的干扰，提高了电芯容量的一致性，更有利于电芯达到100％的配组目标。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种锂电池容量校正的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将锂电池进行定容放电，记录定容放电容量C1，其中，C1选自80％-99％DOD，例如82％DOD、85％DOD、88％DOD、90％DOD、92％DOD、95％DOD或98％DOD等；
(2)待步骤(1)定容放电结束后，将锂电池进行搁置降温；
(3)待搁置降温结束后，将锂电池进行非定容放电，记录非定容放电容量C2及非定容放电过程的温度；
锂电池容量校正值：C校正＝C1+C2+a(K-T)；
其中，C校正为锂电池容量校正值，C1为定容放电容量，C2为非定容放电容量，a为单位温度的容量差，K为分容标准温度，T为非定容放电温度。
本发明所述DOD是指放电深度，为电池放电量除以电池额定容量。
锂电池分容工序传统的放电工艺是以恒流将锂电池放电至截止电压得到的容量，上述放电工艺存在着锂电池容易出现过放电的现象，导电锂电池的性能受到影响；同时，放电过程中引起电芯自身温度改变，导致电芯容量的一致性降低；进而影响电芯配组；本发明所述锂电池容量校正的方法采用分步放电工艺，在定容放电和非定容放电之间设置搁置降温步骤，使得放电过程中电芯温度趋于稳定，减少温度干扰，进而有利于提高电池容量的一致性；同时，分步放电过程中先将锂电池定容放电至放电容量C1，这部分放电容量无需校正，搁置后进行非定容放电，记录测试的放电容量C2，并对非定容放电容量C2进行校正，相较于传统放电工艺一次放电后对全部容量进行校正，本发明所述锂电池容量校正的方法中，只对剩余的1％～20％的非定容放电容量进行校正，而且静置降温后，非定容放电过程中锂电池温度更接近标准温度，锂电池温升和温度极差更小(如图2所示)，可综合减小校正误差，进而显著减小校正容量的极差，使锂电池容量一致性提高。
同时，锂电池分容工序的放电工艺采用本发明所述锂电池容量校正方法，放电过程中，电芯温升降低，锂电池的安全性能提高；且提高了锂电池容量的一致性，分容过程的能力升高，配组率升高，可实现不测容量出货，减少人工成本，增加了产线产能输出。
上述方法中C1为定容放电的固定容量，C2为非定容放电的容量测试值。
本发明所述定容放电容量C1在80％-99％DOD范围内，其测试得到的放电容量C1值；对于同一型号锂电池的同一容量校正工艺，定容放电容量C1值相同，无需进行校正，锂电池间的容量差异只体现在剩余的非定容放电容量C2值中。本发明通过对非定容放电容量C2值进行校正减少了温度对放电容量的干扰，提高了电芯容量的一致性，更有利于电芯达到100％的配组目标。
优选地，步骤(1)中定容放电过程分n次进行，其中n≥1；n为正整数。
本发明中定容放电过程可分一次或多次进行，若为一次，即n＝1，指的是将锂电池一次放电至放电容量C1，之后搁置降温，并进行非定容放电；
锂电池容量校正值：C校正＝C1+C2+a(K-T)；
若为多次，即n≥2，指的是将锂电池分多次放电至放电容量为C1；每次放电的放电容量记为Ci＇，其中，i选自1～n；Ci＇代表第i次放电的放电容量；
锂电池容量校正值：C校正＝C1＇+…+Cn＇+C2+a(K-T)；
其中，C1＝C1＇+…+Cn＇。
优选地，步骤(2)中搁置降温的时间≥30min，例如40min、50min或60min等。
本发明所述搁置降温过程中将经定容放电后的锂电池进行降温，优选温度趋于稳定并与标准温度接近，减小K-T的差值，提高校正准确性。
本发明所述搁置降温的时间依据产线产能输出要求，设置实验，寻求最佳的搁置时间，即既能使锂电池温度趋于稳定，性能达到最佳，又能满足产线产能输出要求。
优选地，步骤(1)所述定容放电为将锂电池以恒定电流放电至步骤(1)中的定容放电容量C1。
优选地，所述定容放电采用的恒定电流为0.4-0.6C，例如0.45C、0.5C或0.55C等。
优选地，步骤(3)所述非定容放电为将锂电池以恒定电流放电至截止电压。
优选地，步骤(3)所述非定容放电过程的恒定电流为0.4-0.6C，例如0.45C、0.5C或0.55C等。
优选地，分容标准温度K选自25℃。
优选地，所述非定容放电温度T选自非定容放电过程的平均温度。
所述平均温度为锂电池在非定容放电过程中每秒采集温度的平均值。
作为本发明优选的技术方案，所述锂电池容量校正的方法包括以下步骤：
(1)定容放电：将锂电池以恒定电流进行放电至放电容量为C1，其中，C1为80％-99％DOD；
(2)搁置降温：待步骤(1)中定容放电结束后，将锂电池搁置30min以上进行降温；
(3)非定容放电：将步骤(2)中搁置降温后的锂电池以恒定电流进行放电至截止电压，记录非定容放电的放电容量C2；
锂电池容量的校正值：
C校正＝C1+C2+a(K-T)；
其中，C校正为锂电池容量校正值，C1为定容放电容量，C2为非定容放电容量，a为单位温度的容量差，K为分容标准温度，T为非定容放电温度。
第二方面，本发明提供了一种分容工序的放电工艺，所述放电工艺包含如第一方面所述的锂电池容量校正的方法。
此处所述分容工序的放电工艺采用如第一方面所述的分步放电的方法，即先进行锂电池定容放电至放电容量C1，之后搁置降温，再将锂电池进行非定容放电，测试得到非定容放电容量C2，其中，C1无需校正，对C2进行校正，校正公式为C2校正＝C2+a(K-T)；其中，C2为非定容放电的放电容量的测试值，单位为mAh，a为单位温度的容量差，单位为mAh/℃，K为分容标准温度，单位为℃，T为非定容放电温度，单位为℃；则分容工序的放电工艺得到的锂电池容量校正值C校正＝C1+C2+a(K-T)，其中，C校正为锂电池容量的校正值，单位为mAh，C1为定容放电步骤固定的放电容量，单位为mAh。
此处所述分容工序的放电工艺为分步放电工艺，其他根据产线实际情况增加的步骤均可归为本发明所述分步放电工艺。
本发明所述容量校正方法的应用过程中，将C校正＝C1+C2+a(K-T)公式导入电脑程序中，程序可根据实时测得的放电容量及温度，得到最后的校正后的容量值。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述锂电池容量校正的方法中采用分步放电工艺，即包含定容放电、搁置降温和非定容放电步骤，相较于传统一次放电，本发明所述方法新增搁置降温步骤，有利于减少了放电过程中温度的干扰，提高电芯容量的一致性；同时，本发明所述方法中定容放电至放电容量为C1，其中，C1选自80％-99％DOD，此部分容量无需校正，并对非定容放电的剩余容量C2进行校正，相较于传统一次放电至截止电压的放电容量校正，其容量校正极差显著减小，进一步提高了容量的一致性；
(2)本发明所述锂电池容量校正的方法用于分容工序的放电工艺，其放电过程中，电芯温升降低，电池的安全性能提高；同时，锂电池容量一致性提升，分容过程能力升高，配组率升高，可实现不测量出货，减少人工成本，增加产线产能输出。
附图说明
图1是标称容量42Ah锂电池在分步放电过程中温度曲线，在第一步定容放电98.8％DOD过程中，锂电池温度先迅速升高再保持稳定，随即略微降低再保持稳定，最后再继续升高并达到最高温度，在静置50min后，温度降低并趋于稳定，在非定容放电过程中，温度又小幅升高，曲线表明在恒流放电的不同DOD阶段，电芯的升温速率不同；
图2是标称容量42Ah锂电池在不同温度下测试的非定容放电容量，拟合结果表明，定容放电98.8％DOD后，非定容放电容量与非定容放电平均温度呈线性相关，拟合直线的斜率Slope为0.1439Ah/℃，即容量温度系数a值为143.9mAh/℃；
图3是标称容量42Ah锂电池进行分步放电过程中不同阶段温度的箱线图，定容放电98.8％DOD后，平均温升4.6℃，温度极差5.2℃，非定容放电结束后平均温升2.0℃，温度极差2.3℃，非定容放电平均温度26.0℃，与25℃目标温度接近；
图4是标称容量42Ah锂电池先定容放电98.8％DOD，再非定容放电至截止电压后非定容放电容量校正前后的箱线图，校正后非定容放电容量的极差由1190mAh减小至768mAh；
图5是标称容量42Ah锂电池采用一次放电、一次放电校正、分步放电(先定容放电98.8％DOD)及分步放电结合容量校正工艺的容量箱线图，同一批锂电池采用上述4种分容工艺的容量极差分别为1756mAh、1277mAh、1190mAh和768mAh，表明采用分步放电结合容量校正工艺可以显著提高容量一致性。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
以下实施例和对比例的测试对象为42Ah锂电池；
模拟本发明所述非定容放电过程的放电容量测试值随放电温度的变化曲线；测试过程首先以0.5C的恒流进行第一步放电，即定容放电至放电容量C1为41500mAh(98.8％DOD)；搁置120min，以0.5C的恒流进行第二步放电，即非定容放电至截止电压(2.8V)，测试非定容放电容量C2，计算得到第二步非定容放电的平均温度T，如图1所示为42Ah锂电池在整个放电过程中的温度变化曲线。
上述第二步放电，即非定容放电的平均温度T及非定容放电容量C2的测试结果如表1所示，对上述测试结果进行拟合，得到如图2所示拟合曲线和相关系数；
表1
| 非定容放电平均温度T(℃) | 非定容放电容量C<sub>2</sub>(Ah) |
| 19.48 | 1.40 |
| 22.64 | 1.88 |
| 25.79 | 2.32 |
| 28.75 | 2.76 |
| 31.64 | 3.15 |
由上述实验数据进行线性拟合得到拟合方程为：C2＝0.1439×T-1.3903；由上述拟合结果看出，非定容放电容量与非定容放电平均温度呈线性相关，拟合直线的斜率Slope为0.1439Ah/℃，即容量温度系数a值为143.9mAh/℃。
实施例1
放电工艺包括以下步骤：
(1)定容放电：将32只42Ah锂电池以0.5C恒流放电至放电容量C1，其中，C1＝41500mAh(DOD＝98.8％)；记录定容放电的起始温度及定容放电的结束温度；
(2)搁置降温：将锂电池搁置降温至温度趋于稳定并接近目标温度；
(3)非定容放电，将经搁置降温后的锂电池以0.5C恒流放电至截止电压2.8V，测试得到非定容放电容量C2，记录非定容放电的平均温度T。
上述测试过程中的温度变化如图3所示，定容放电起始温度均值为25.5℃，定容放电结束温度均值为30.1℃，非定容放电起始温度均值为25.7℃，非定容放电平均温度均值为26.0℃，非定容放电结束温度均值为26.7℃。
上述测试结果如图4和表2所示，上述测试得到非定容放电校正前容量C2均值为1970.9mAh，极差为1190mAh；对非定容放电容量C2进行校正，C2校正＝C2+a(K-T)，其中，K取值为25℃，T为非定容放电的平均温度，T＝26.0℃；a＝143.9mAh/℃；非定容放电校正后容量C2校正均值为1822.7mAh，极差为768mAh。
本实施例中放电工艺测试得到的未经校正的放电容量C＝C1+C2，记为分步放电容量，如图5所示，其测试值均值43470.9mAh，极差1190mAh；
本实施例中放电工艺测试得到的经校正的放电容量C校正＝C1+C2+a(K-T)，记为分步放电校正容量，如图5所示，其测试值均值43322.7mAh，极差768mAh。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，步骤(1)中C1为80％DOD；其他参数和条件与实施例1中完全相同。
如表2所示，经校正的放电容量C校正＝C1+C2+a(K-T)＝43358.1mAh，其中，C1为33600mAh、C2均值为10083mAh、a为154.7mAh/℃、K为25℃，T均值为27.1℃，C校正均值为43358.1mAh，极差为983mAh。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，步骤(1)中C1为90％DOD；其他参数和条件与实施例1中完全相同。
如表2所示，经校正的放电容量C校正＝C1+C2+a(K-T)＝43343.4mAh，其中，C1为37800mAh、C2均值为5800.6mAh、a为151.3mAh/℃、K为25℃，T均值为26.7℃，C校正均值为43343.4mAh，极差为904mAh。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，步骤(1)中C1为95％DOD；其他参数和条件与实施例1中完全相同。
如表2所示，经校正的放电容量C校正＝C1+C2+a(K-T)＝43327.3mAh，其中，C1为39900mAh、C2均值为3617.8mAh、a为146.6mAh/℃、K为25℃，T均值为26.3℃，C校正均值为43327.3mAh，极差为823mAh。
实施结果表明：1.容量温度系数a随定容放电DOD增加而减小，原因为锂电池恒流放电过程中温度非均匀变化(如图1)；2.在锂电池不会因部分低容或环境低温而导致过放的前提下，定容放电的DOD越大，非定容放电容量越小，校正后容量极差越小，更有利于容量一致性提升。
对比例1
本对比例的放电工艺采用以恒流0.5C一次放电至截止电压，测试得到放电容量均值为43887.4mAh，容量极差为1756mAh，其测试结果如图5和表2所示。
对比例2
采本对比例的放电工艺采用以恒流0.5C一次放电至截止电压并进行容量校正，测试得到放电容量均值为43391.1mAh，容量极差为1277mAh，其测试结果如图5和表2所示。
表2
对比结果表明：相比常规一步放电的分容工艺以及一步放电并容量校正的分容工艺，先定容放电再非定容放电并校正的分容工艺可降低温度对容量测试的影响，显著提升容量一致性。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种锂电池容量校正的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将锂电池进行定容放电，记录定容放电容量C1，其中，C1选自80％-99％DOD；
(2)待步骤(1)定容放电结束后，将锂电池进行搁置降温；
(3)待搁置降温结束后，将锂电池进行非定容放电，记录非定容放电容量C2及非定容放电过程的温度；
锂电池容量校正值：C校正＝C1+C2+a(K-T)；
其中，C校正为锂电池容量的校正值，C1为定容放电容量，C2为非定容放电容量，a为单位温度的容量差，K为分容标准温度，T为非定容放电温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中定容放电过程分n次进行，其中n≥1。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中搁置降温的时间≥30min。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述定容放电为将锂电池以恒定电流放电至步骤(1)中的定容放电容量C1。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述定容放电采用的恒定电流为0.4C-0.6C。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述非定容放电为将锂电池以恒定电流放电至截止电压。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述非定容放电过程的恒定电流为0.4-0.6C。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，分容标准温度K选自25℃；
优选地，所述非定容放电温度T选自非定容放电过程的平均温度。
9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)定容放电：将锂电池以恒定电流进行放电至放电容量为C1，其中，C1为80％-99％DOD；
(2)搁置降温：待步骤(1)中定容放电结束后，将锂电池搁置30min以上进行降温；
(3)非定容放电：将步骤(2)中搁置降温后的锂电池以恒定电流进行放电至截止电压，记录非定容放电的放电容量C2；
锂电池容量的校正值：
C校正＝C1+C2+a(K-T)；
其中，C校正为锂电池容量的校正值，C1为定容放电容量，C2为非定容放电容量，a为容量温度系数，即单位温度的容量差，K为分容标准温度，T为非定容放电温度。
10.一种分容工序的放电工艺，其特征在于，所述放电工艺包含如权利要求1-9任一项所述的锂电池容量校正的方法。
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