CN112782582A - 一种锂离子电池负极析锂的检测方法 - Google Patents

一种锂离子电池负极析锂的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池负极析锂的检测方法，包括以下步骤：通过第一电流对电池进行恒流充电，使得电池达到第一荷电状态；断开第一电流恒流充电，将电池静置，监控静置过程中电池的电压变化，获得参考电压曲线；通过第二电流对电池进行恒流充电，使得电池达到第二荷电状态，第二荷电状态等于第一荷电状态；断开第二电流恒流充电，监控静置过程中电池的电压变化，获得测试电压曲线；对比测试电压曲线与参考电压曲线，若测试电压曲线相对于参考电压曲线出现电压平台，则判断为出现电池析锂；若测试电压曲线相对于参考电压曲线未出现电压平台，则判断为未出现电池析锂。其无需拆解电池，在电池正常循环过程判断析锂，方法简单，安全可靠。

Description

一种锂离子电池负极析锂的检测方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极析锂的检测方法。
背景技术
近年来，随着电动汽车、电网储能等的发展，人们对高安全性、高能量密度的动力电池和储能系统的需求越来越迫切。在商业化的电化学储能装置中，锂离子电池无疑是最佳的选择。锂离子电池以其高能量密度、高工作电压、长循环寿命、低自放电率、无记忆效应、可快速充放电和环境友好等诸多优点得到了广泛的应用。但是目前锂离子电池采用的石墨负极的电位较低(0.05V vs Li+/Li),因此在充电过程中，石墨负极极易发生表面析锂的现象，一方面负极析锂消耗了活性锂，会降低锂离子电池可逆容量，另一方面析出的锂易形成枝晶造成电池短路，具有安全隐患。
目前，针对锂离子电池负极析锂检测主要是通过拆解电池后，对负极极片进行观察来判断其是否析锂，这种方法是一种破坏性的检测方式；另一类方法是组装三电极，通过三电极监控充电过程的负极电位变化，判断是否析锂，这一方法需要制备复杂的三电极，且三电极由于其固有的稳定性问题无法用于监控长期循环过程的电池析锂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子电池负极析锂的检测方法，其无需拆解电池，在电池正常循环过程判断是否析锂，方法简单，安全可靠。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种离子电池负极析锂的检测方法，包括以下步骤：
S1、通过第一电流对电池进行恒流充电，使得电池达到第一荷电状态；
S2、断开第一电流恒流充电，将电池静置一预设时间，监控静置过程中电池的电压变化，获得参考电压曲线；
S3、通过第二电流对电池进行恒流充电，使得电池达到第二荷电状态，所述第二荷电状态等于第一荷电状态；
S4、断开第二电流恒流充电，将电池静置一预设时间，监控静置过程中电池的电压变化，获得测试电压曲线；
S5、对比测试电压曲线与参考电压曲线，若测试电压曲线相对于参考电压曲线出现电压平台，则判断为出现电池析锂；若测试电压曲线相对于参考电压曲线未出现电压平台，则判断为未出现电池析锂。
作为优选的，所述S2和S4中电池的静置时间相同。
作为优选的，电池的静置的预设时间为10min-60min。
作为优选的，所述S1中，充电的第一荷电状态在60％-100％。
作为优选的，所述S1中第一电流根据电池的充电倍率选取，所述电池的充电倍率为0.1C-0.33C。
作为优选的，所述S5之后还包括：当电池析锂时，判断电池的析锂容量。
作为优选的，所述当电池析锂时，判断电池的析锂容量，包括：
获取检测电阻R，根据S4中监控静置过程中电池的电压变化获取检测电流I，其中，所述检测电阻R为S4中监控静置过程中电池的电压变化的设备的电阻；
获取测试电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线，从测试电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线中截取波谷所对应的时长Δt；
根据检测电流I和波谷对应时长Δt，获取析锂容量。
作为优选的，所述根据检测电流I和波谷对应时长Δt，获取析锂容量，包括：
析锂容量
Figure BDA0002923423880000031
作为优选的，所述从测试电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线中截取波谷所对应的时长Δt，具体包括：
获取放电电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线的第一个波峰所对应的时间t1；
获取放电电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线的波谷处的dV/dt值min(dV/dt)，并获得dV/dt＝5％*min(dV/dt)所对应的时间t2；
所述放电电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线中截取波谷所对应的时长Δt＝t2-t1。
本发明的有益效果：
本发明通过获取未析锂的参考电压曲线和待测电池的放电过程中的测试电压曲线，对比测试电压曲线与参考电压曲线，即可判断电池充电过程中有无析锂，无需拆解电池，在电池正常循环过程判断析锂，方法简单，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的参考电压曲线与测试电压曲线示意图；
图2为本发明的放电电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1-图2所示，本发明的公开了一种锂离子电池负极析锂的检测方法，包括以下步骤：
步骤一、通过第一电流对电池进行恒流充电，使得电池达到第一荷电状态。作为优选的，充电的第一荷电状态在60％-100％。其中，电池的充电倍率为0.1C-0.33C，为小电流充电，在小电流下充电，电池不析锂。
步骤二、断开步骤一中的第一电流恒流充电，监控静置电池电压变化，获得参考电压曲线。即参考电压曲线，为电池未析锂状态下的电压曲线。
步骤三、通过第二电流对电池进行恒流充电，使得电池达到第二荷电状态，所述第二荷电状态等于第一荷电状态。
步骤四、断开步骤三中的第二电流恒流充电，监控静置电池电压变化，获得测试电压曲线。
其中，步骤四和步骤二中电池的静置时间相同，电池的静置时间为10min-60min，在此静置时间内，更易观测到电压-时间的曲线变化。
步骤五、对比测试电压曲线与参考电压曲线，若测试电压曲线相对于参考电压曲线出现电压平台，则判断为出现电池析锂；若测试电压曲线相对于参考电压曲线未出现电压平台，则判断为未出现电池析锂。通过上述步骤一至步骤五，即可判断电池充电过程中有无析锂，无需拆解电池，在电池正常循环过程判断析锂。本发明中，也可按照以下顺序操作：先获得测试电压(即步骤三和步骤四)，再获得参考电压(即步骤一和步骤二)。
当电池析锂时，判断电池的析锂容量，包括以下步骤：
1、获取检测电阻R，根据步骤四中监控静置过程中电池的电压变化获取检测电流I，其中，所述检测电阻R为步骤四中监控静置过程中电池的电压变化的设备的电阻。例如，当步骤四中，监控静置过程中电池的电压变化的设备可使用型号为盛弘BTS-5V/200A的充放电设备，其可获取检测电阻。同样的，目前许多高精度的充放电检测设备，可以获取检测电压过程中的检测电压。
2、获取测试电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线，从测试电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线中截取波谷所对应的时长Δt。
3、根据检测电流I和波谷对应时长Δt，获取析锂容量，析锂容量
Figure BDA0002923423880000051
具体的，所述从测试电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线中截取波谷所对应的时长Δt，包括：
(1)获取放电电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线的第一个波峰所对应的时间t1；
(2)获取放电电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线的波谷处的dV/dt值min(dV/dt)，并获得5％*min(dV/dt)所对应的时间t2；
(3)所述放电电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线中截取波谷所对应的时长Δt＝t2-t1。
如图2所示，为放电电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线图。在1-2区间，取max(dV/dt)的点为对应的时间为t1；在2-3区间取dV/dt＝5％Min(dV/dt)的点对应的时间为t2；Δt＝t2-t1。
通过上述步骤，利用嵌锂电流及嵌锂时间获得嵌锂容量，进而获得充电过程的析锂容量，通过分析析锂容量，即可对电池的状态进行分析。
本发明中，可对电池进行测试，通过获取同电池未析锂的参考电压曲线和待测电池的放电过程中的测试电压曲线，对比测试电压曲线与参考电压曲线，即可判断电池充电过程中有无析锂，无需拆解电池，在电池正常循环过程判断析锂，方法简单，安全可靠；并且，本发明也可通过调整步骤三中第二电流的大小，从而获取不同的充电电流大小与析锂之间的曲线关系，后续根据析锂情况，获取最佳充电电流的范围，如此，后续用户使用电池时，可选择在最佳电流范围内充电。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种锂离子电池负极析锂的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过第一电流对电池进行恒流充电，使得电池达到第一荷电状态；
S2、断开第一电流恒流充电，将电池静置一预设时间，监控静置过程中电池的电压变化，获得参考电压曲线；
S3、通过第二电流对电池进行恒流充电，使得电池达到第二荷电状态，所述第二荷电状态等于第一荷电状态；
S4、断开第二电流恒流充电，将电池静置一预设时间，监控静置过程中电池的电压变化，获得测试电压曲线；
S5、对比测试电压曲线与参考电压曲线，若测试电压曲线相对于参考电压曲线出现电压平台，则判断为出现电池析锂；若测试电压曲线相对于参考电压曲线未出现电压平台，则判断为未出现电池析锂。
2.如权利要求1所述的锂离子电池负极析锂的检测方法，其特征在于，所述S2和S4中电池的静置时间相同。
3.如权利要求2所述的锂离子电池负极析锂的检测方法，其特征在于，电池的静置的预设时间为10min-60min。
4.如权利要求1所述的锂离子电池负极析锂的检测方法，其特征在于，所述S1中，充电的第一荷电状态在60％-100％。
5.如权利要求1所述的锂离子电池负极析锂的检测方法，其特征在于，所述S1中第一电流根据电池的充电倍率选取，所述电池的充电倍率为0.1C-0.33C。
6.如权利要求1所述的锂离子电池负极析锂的检测方法，其特征在于，所述S5之后还包括：当电池析锂时，判断电池的析锂容量。
7.如权利要求6所述的锂离子电池负极析锂的检测方法，其特征在于，所述当电池析锂时，判断电池的析锂容量，包括：
获取检测电阻R，根据S4中监控静置过程中电池的电压变化获取检测电流I，其中，所述检测电阻R为S4中监控静置过程中电池的电压变化的设备的电阻；
获取测试电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线，从测试电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线中截取波谷所对应的时长Δt；
根据检测电流I和波谷对应时长Δt，获取析锂容量。
8.如权利要求7所述的锂离子电池负极析锂的检测方法，其特征在于，所述根据检测电流I和波谷对应时长Δt，获取析锂容量，包括：
析锂容量
Figure FDA0002923423870000021
9.如权利要求7所述的锂离子电池负极析锂的检测方法，其特征在于，所述从测试电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线中截取波谷所对应的时长Δt，具体包括：
获取放电电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线的第一个波峰所对应的时间t1；
获取放电电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线的波谷处的dV/dt值，并获得dV/dt＝5％*min(dV/dt)所对应的时间t2；
所述放电电压的一阶导数dV/dt与时间t的曲线中截取波谷所对应的时长Δt＝t2-t1。
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