CN112730548A - 一种锂离子电池锂枝晶在线监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池锂枝晶在线监测方法及系统，包括金属锂片、铝塑膜封装袋、锂参比电极、负极极耳和正极极耳。本发明的有益效果是：通过前期应用三电极测试系统，通过负极电位准确标记测试工况下析锂的开始容量位置和持续容量，并与锂离子电池的端电压相对应。因此在实际应用时，只需检测实际工况下的端电压，并通过系统转换成负极电位，即可实时监测锂离子电池的析锂状况，从而监测锂枝晶的生成。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池监测方法，具体为一种锂离子电池锂枝晶在线监测方法及系统，属于锂离子电池在线监测技术领域。
背景技术
由于锂离子电池具有能量密度大、自放电小、循环寿命长、绿色环保等优点，在各个领域均获得广泛应用。应用条件的复杂多变也对锂离子电池提出了更高的要求，尤其是安全性能。锂离子电池在低温条件和大倍率应用时容易产生锂枝晶，威胁电池安全。现有的技术检测锂枝晶时，一般是将电池拆解，然后观察负极极片表面，观测是否有锂枝晶生成。在线实时检测技术采用超声或X射线，分析锂电池厚度或表面，从而判断是否有锂枝晶生成。
锂离子电池在低温或大倍率条件下使用时，容易引起锂电池析锂，严重时形成锂枝晶，锂枝晶可刺穿隔膜，造成内部短路。因此需要在线实时监测或提前判断锂离子电池的析锂现象，从而避免因锂枝晶刺穿隔膜造成短路引发安全问题。然而通过拆解的方法，取出负极极片在通过SEM、XDS等观测锂枝晶，不仅操作难度大，而且成本昂贵，因此需要能在线实时且简便的检测方法。
而现有的在线技术方案，均存在一定的弊端和隐患。无论是采用超声还是X线，均需要大型精密仪器，且一次测试的锂离子电池数量非常有限，测试成本高，对测试环境要求高，不适用于商业化应用。而通过在线测试内阻等方法，判断析锂，需要停机使用特定方法检测，且内阻受影响因素多，难以准确判断析锂状况。
基于此，本申请提出一种锂离子电池锂枝晶在线监测方法及系统。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决问题而提供一种锂离子电池锂枝晶在线监测方法及系统。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种锂离子电池锂枝晶在线监测系统，所述在线监测系统采用三电极测试电池进行监测，所述三电极测试电池由金属锂片、铝塑膜封装袋、锂参比电极、负极极耳和正极极耳构成；所述金属锂片包裹在铝塑膜封装袋内，所述金属锂片与锂参比电极的一端进行连接，所述锂参比电极的另一端伸出在铝塑膜封装袋的尾端外侧，所述铝塑膜封装袋的前端设置有负极极耳和正极极耳，且所述负极极耳位于正极极耳的一侧；
其监测方法包括以下步骤：
1)根据锂离子电池的应用工况设计测试项目，比如0℃1C循环测试；
2)每项测试项目至少选取1支相应锂离子电池；
3)待测试的锂离子电池以金属锂为第三参比电极，制成三电极测试电池；
4)制成的三电极测试电池按照设计的测试项目进行测试，测试时采集项至少包含电池端电压和负极电位；
5)当出现负极电位低于设定阈值时，记录时间，当负极电位高于设定阈值，再次记录时间，并计算这段时间内的电量和SOC；
6)运用拆解电池对负极进行微观检测或其他方法，验证负极析锂，修正负极电位的设定阈值；
7)若未出现负极电位低于阈值则继续测试，直至出现负极电位低于阈值或测试结束；
8)将各个工况测试中负极电位低于设定阈值时的值以及其对应端电压，存入电池管理系统中；
9)应用时，电池管理系统实时监测工况和电池端电压，当检测到工况下端电压与存入的值接近或重合时，即发出析锂报警，停止运行。
作为本发明再进一步的方案：所述负极极耳用于连接负极电位以准确标记测试工况下析锂的开始容量位置和持续容量，并与锂离子电池的端电压相对应。
作为本发明再进一步的方案：所述金属锂片呈薄片状，且金属锂片包裹在导线上。
作为本发明再进一步的方案：包裹有所述金属锂片的铝塑膜封装袋放置在电池中间层的正极片和负极片之间。
作为本发明再进一步的方案：所述三电极测试电池在监测时，采集项包含电池电压、负极电位和正极电位。
本发明的有益效果是：该锂离子电池锂枝晶在线监测方法及系统设计合理，通过前期应用三电极测试系统，通过负极电位准确标记测试工况下析锂的开始容量位置和持续容量，并与锂离子电池的端电压相对应。因此在实际应用时，只需检测实际工况下的端电压，并通过系统转换成负极电位，即可实时监测锂离子电池的析锂状况，从而监测锂枝晶的生成。
附图说明
图1为本发明三电极测试电池结构示意图；
图2为本发明电池电压与负极电位对应示意图。
图中：1、金属锂片，2、铝塑膜封装袋，3、锂参比电极，4、负极极耳4和5、正极极耳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种锂离子电池锂枝晶在线监测，所述在线监测系统采用三电极测试电池进行监测，所述三电极测试电池由金属锂片1、铝塑膜封装袋2、锂参比电极3、负极极耳4和正极极耳5构成；所述金属锂片1包裹在铝塑膜封装袋2内，所述金属锂片1与锂参比电极3的一端进行连接，所述锂参比电极3的另一端伸出在铝塑膜封装袋2的尾端外侧，所述铝塑膜封装袋2的前端设置有负极极耳4和正极极耳5，且所述负极极耳4位于正极极耳5的一侧。
其监测方法包括以下步骤：
1)根据锂离子电池的应用工况设计测试项目，比如0℃1C循环测试；
2)每项测试项目至少选取1支相应锂离子电池；
3)待测试的锂离子电池以金属锂为第三参比电极，制成三电极测试电池；
4)制成的三电极测试电池按照设计的测试项目进行测试，测试时采集项至少包含电池端电压和负极电位；
5)当出现负极电位低于设定阈值时，记录时间，当负极电位高于设定阈值，再次记录时间，并计算这段时间内的电量和SOC；
6)运用拆解电池对负极进行微观检测或其他方法，验证负极析锂，修正负极电位的设定阈值；
7)若未出现负极电位低于阈值则继续测试，直至出现负极电位低于阈值或测试结束；
8)将各个工况测试中负极电位低于设定阈值时的值以及其对应端电压，存入电池管理系统中；
9)应用时，电池管理系统实时监测工况和电池端电压，当检测到工况下端电压与存入的值接近或重合时，即发出析锂报警，停止运行。
在本发明实施例中，所述负极极耳4用于连接负极电位以准确标记测试工况下析锂的开始容量位置和持续容量，并与锂离子电池的端电压相对应，在实际应用时，只需检测实际工况下的端电压，并通过系统转换成负极电位，即可实时监测锂离子电池的析锂状况，从而监测锂枝晶的生成。
在本发明实施例中，所述金属锂片1呈薄片状，且金属锂片1包裹在导线上。
在本发明实施例中，包裹有所述金属锂片1的铝塑膜封装袋2放置在电池中间层的正极片和负极片之间。
在本发明实施例中，所述三电极测试电池在监测时，采集项包含电池电压、负极电位和正极电位。
实施例
请参阅图2，采用的3Ah的磷酸铁锂电池，实施步骤如下：
1)根据锂离子电池的应用工况设计测试项目，如取0℃2C充电至3.8V测试；
2)每项测试项目选取1支相应锂离子电池；
3)在手套箱中打开待测试的锂离子电池，将其正负极耳焊接在软包电池的正负极极耳上，将金属锂片包裹在导线上压为薄片，让后放入制好的隔膜袋中，然后再将其放置在电池中间层的正极片和负极片之间，补充电解液，然后再焊接密封，制成如图所示的以金属锂为参比电极的，三电极测试电池；
4)制成的三电极测试电池按照设计的测试项目进行测试，测试时采集项包含电池电压、负极电位和正极电位，得到的电池电压与负极电位的对应图如下；
5)当出现负极电位低于设定阈值0V时，记录时间，当负极电位高于设定阈值0V，再次记录时间，并计算这段时间内的电量和SOC；
6)运用拆解电池对负极进行微观检测，验证负极有锂析出，则设此电池的负极析锂电位为0V，对应的电池电压为3.480V；
7)将各个工况测试中负极电位低于设定阈值时的值以及其对应端电压，存入电池管理系统中；
8)应用时，电池管理系统实时监测工况和电池端电压，当检测到工况下端电压与存入的值接近或吻合时，即发出析锂报警，停止运行。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明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发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种锂离子电池锂枝晶在线监测系统，其特征在于：所述在线监测系统包括三电极测试电池；
所述三电极测试电池由金属锂片(1)、铝塑膜封装带(2)、锂参比电极(3)、负极极耳(4)和正极极耳(5)构成；
所述金属锂片(1)包裹在铝塑膜封装袋(2)内，所述金属锂片(1)与锂参比电极(3)的一端进行连接，所述锂参比电极(3)的另一端伸出在铝塑膜封装袋(2)的尾端外侧，所述铝塑膜封装袋(2)的前端设置有负极极耳(4)和正极极耳(5)，且所述负极极耳(4)位于正极极耳(5)的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池锂枝晶在线监测系统，其特征在于：所述负极极耳(4)用于连接负极电位以准确标记测试工况下析锂的开始容量位置和持续容量，并与锂离子电池的端电压相对应。
3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池锂枝晶在线监测系统，其特征在于：所述金属锂片(1)呈薄片状，且金属锂片(1)包裹在导线上。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池锂枝晶在线监测系统，其特征在于：包裹有所述金属锂片(1)的铝塑膜封装袋(2)放置在电池中间层的正极片和负极片之间。
5.一种基于权利要求1所述的一种锂离子电池锂枝晶在线监测方法，其特征在于，所述在线监测方法包括以下步骤：
1)根据锂离子电池的应用工况设计测试项目；
2)每项测试项目至少选取1支相应锂离子电池；
3)待测试的锂离子电池以金属锂为第三参比电极，制成三电极测试电池；
4)制成的三电极测试电池按照设计的测试项目进行测试，测试时采集项至少包含电池端电压和负极电位；
5)当出现负极电位低于设定阈值时，记录时间，当负极电位高于设定阈值，再次记录时间，并计算这段时间内的电量和SOC；
6)运用拆解电池对负极进行微观检测或其他方法，验证负极析锂，修正负极电位的设定阈值；
7)若未出现负极电位低于阈值则继续测试，直至出现负极电位低于阈值或测试结束；
8)将各个工况测试中负极电位低于设定阈值时的值以及其对应端电压，存入电池管理系统中；
9)应用时，电池管理系统实时监测工况和电池端电压，当检测到工况下端电压与存入的值接近或重合时，即发出析锂报警，停止运行。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池锂枝晶在线监测方法，其特征在于：所述三电极测试电池在监测时，采集项包含电池电压、负极电位和正极电位。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210430 |