CN112798972B - 一种快速评估锂电池卷芯一致性的方法 - Google Patents

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    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables

Abstract

本发明公开了一种快速评估锂电池卷芯一致性的方法，其步骤如下：1)分别测试各个电池卷芯的首次电容，记为C1n；2)对每个电池卷芯施加的0.1～0.4MPa压力，再分别测试各个电池卷芯的二次电容，记为C2n；3)计算上述电池卷芯的电容差值的平均值A和标准差σ1，以及C2n的均值B和标准差σ2；4)以A±(1～3)σ1和B±(1～3)σ2为标准，进行卷芯一致性评估，如电池卷芯的电容差值和二次电容均在前述标准内，则该电池卷芯为一致性合格的卷芯。本发明通过电容可有效快速的监控卷芯中极片与隔离膜接触情况、卷芯水分、卷芯容量等指标，来快速的评估卷芯间的一致性，将差别较大的卷芯筛选出来，提升成品电池一致性。

Description

一种快速评估锂电池卷芯一致性的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种快速评估锂电池卷芯一致性的方法。
背景技术
锂离子动力电池(Lithium-ion Battery)是20世纪90年代初出现的新型绿色环保化学电源。它具有电压高(单体电池电压达3.6V),比能量大(100～130Wh/Kg),放电电压平稳,循环性能好,安全性能优以及贮存和工作寿命长等优点,是目前化学电源行业的最新发展方向之一。
电池包内由多个电芯组成，当一个电芯的容量/内阻/电压等参数与其他串并联的电芯之间存在较大差异，就会出现容量损失、寿命损失、内阻增大等问题。故电芯的一致性要求很重要，在组装之前需要对电芯进行一致性筛选。目前锂电池已有的一致性筛选基本在成品电池方面，此时电池的制造成本已经完成，筛选出的一致性差的电池，不能使用而造成了浪费。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种快速评估锂电池卷芯一致性的方法。在电芯卷绕之后快速筛选卷芯一致性的方法，通过提高卷芯一致性，进而提高后续成品电池一致性，减少后端浪费，节约制造成本；同时可提高后工段效率和合格率。
本发明的技术方案具体如下：
一种快速评估锂电池卷芯一致性的方法，包括如下步骤：
1)分别测试各个电池卷芯的首次电容，记为C1n，其中n为电池卷芯的个数；
2)对每个电池卷芯施加的0.1～0.4MPa压力，再分别测试各个电池卷芯的二次电容，记为C2n；
3)计算上述电池卷芯的电容差值的平均值A和标准差σ1，以及C2n的均值B和标准差σ2；其中电容差值是指电池卷芯的二次电容与首次电容之差；
4)以A±(1～3)σ1和B±(1～3)σ2为标准，进行卷芯一致性评估，如电池卷芯的电容差值和二次电容均在前述标准内，则该电池卷芯为一致性合格的卷芯。
进一步方案，为了使最终的容差值的平均值及标准差更准确，在步骤3)之前还要进行去值处理，所述去值处理是将C1n、C2n分别按照从大到小或从小到大的顺序进行排列，然后分别去掉C1n、C2n序列中的首、尾各m个数值，其中m＝n*(0.2～1)％。
进一步方案，步骤1)中电池卷芯的数量不小于50000只。
进一步方案，步骤2)中对电池卷芯施加压力是将电池卷芯置于测试工装上通过外加压力来实现的。
更进一步方案，所述测试工装包括上下平行设置的上压板、下压板，所述上压板的顶端与升降气缸的活动端连接，所述上压板的一侧连接有极耳压块(4)。
优选的，所述极耳压块通过铰链活动连接在上压板的一端。即极耳压块能向上翻折，便于电池卷芯的放置，当电池卷芯放在上、下压板之间后，向下翻折极耳压块，其正好位于电池卷芯的极耳一侧，对其水平方向进行限位，避免在对电池卷芯施加压力时发生水平方向的偏移，导致检测不准。
进一步方案，所述电池卷芯的首次电容和二次电容均是通过电容测试设备来检测的，所述电容测试设备通过电线与电池卷芯的极耳连接。
优选的，所述电容测试设备集成到短路测试仪上，同时可以对电池卷芯的电容和短路进行测试。将电容测试设备集成到短路测试仪上能减少设备占用空间。
本发明对每个电池卷芯施加的0.1～0.4MPa压力后再检测其二次电容，此特定的压力的目的为了消除卷芯内极片与隔离膜之间的间隙对电容的影响，进而影响对其他参数的表征。
即本发明对各个电池卷进行测试电容，并按照此方法，找出评估的标准，然后按照此标准将一致性差的卷芯筛选出来。即主要是通过C2n-C1n值和C2n值来进行评估，将一致性差的卷芯筛选出来，以提高成品电池一致性。C2n-C1n的差值可用来表征卷芯中极片与隔离膜之间接触的情况，差值越大，卷芯中极片与隔离膜的贴合越差，接触不良好；反之贴合越好，接触良好。C2n值主要可用来表征卷芯含水量，水分含量越低，C2n值越小；同时可设置C2n值得上下限标准，进行卷芯容量大小以及隔离膜缺陷情况表征。
即C2n-C1n值和C2n值中的一个值在标准外即判为一致性不合格卷芯，只有两个数值均在标准内才可认为一致性合格卷芯。
所以本发明提供的方法，可以做到快速的评估卷芯一致性，准确快速地表征出卷芯中极片与隔离膜的贴合情况，以及卷芯的水分含量和卷芯的容量大小。通过设定合理的筛选标准，将不符合前述性质的卷芯筛选出来，提高卷芯一致性，进而提升成品电池一致性，提升电池总体质量。
附图说明
图1是本发明中的测试工装的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，测试工装包括上下平行设置的上压板2、下压板3，所述上压板2的顶端与升降气缸1的活动端连接，所述上压板2的一侧通过铰链活动连接有极耳压块4。
先将极耳压块4能向上翻折，将电池卷芯放在上、下压板之间，然后再向下翻折极耳压块，其正好位于电池卷芯的极耳一侧，对其水平方向进行限位，避免在对电池卷芯施加压力时发生水平方向的偏移，导致检测不准。然后将电池卷芯的极耳通过电线与电容测试设备连接，测试其电容。最后升降气缸1工作，向下施加一定的压力后，再次检测电池卷芯的电容。
其测试步骤如下：
1)将待测的电池卷芯置于测试工装的上压板2、下压板3之间，将电池卷芯的极耳通过电线与电容测试设备连接；
2)开启气缸带动上压板2向下移动，极耳压块4正好位于电池卷芯的极耳一侧，对其水平方向进行限位；当上压板2的底端面接触卷芯时，电容测试设备测试电池卷芯的首次电容，记为C1；
3)上压板2继续下压，气缸压力达到0.1MPa时停止下压，电容测试设备测试电池卷芯的二次电容，记为C2；则电容差值为C2-C1。
其中电容差值C2-C1可用来表征卷芯中极片与隔离膜之间接触的情况，差值越大，卷芯中极片与隔离膜的贴合越差，接触不良好；反之贴合越好，接触良好。C2值主要可用来表征卷芯含水量，水分含量越低，C2值越小；同时可设置C2值得上下限标准，进行卷芯容量大小以及隔离膜缺陷情况表征。
实施例2：
一种快速评估锂电池卷芯一致性的方法，其步骤如下：
1)将待测的电池卷芯置于测试工装的上压板2、下压板3之间，将电池卷芯的极耳通过电线与电容测试设备连接；开启气缸带动上压板2向下移动，极耳压块4正好位于电池卷芯的极耳一侧，对其水平方向进行限位；当上压板2的底端面接触卷芯时，电容测试设备测试电池卷芯的首次电容，记为C1n；上压板2继续下压，气缸压力达到0.2MPa时停止下压，电容测试设备测试电池卷芯的二次电容，记为C2n；
2)按上述方法，依次测试6个批次共60000只电池卷芯的C1n和C2n值；其中n为电池卷芯的个数60000；
3)将C1n、C2n值分别按照从小到大的顺序进行排列，然后分别去掉C1n、C2n序列中的首、尾各60000*0.5％＝300个数值；从而提高电容差值的平均值和标准差的准确性；
4)对剩余的电池卷芯分别计算其电容差值的平均值A和标准差σ1，以及C2n的均值B和标准差σ2；其中电容差值是指电池卷芯的二次电容与首次电容之差；具体见下表所示(表中仅列出部分电池卷芯的数值)：
Figure BDA0002874518140000041
Figure BDA0002874518140000051
Figure BDA0002874518140000061
由上表可得，电容差值的平均值A为58.8、标准差σ1为29.4；C2n的均值B为599.4、标准差σ2为141；
5)以A±σ1＝58.8±29.4nF和B±σ2＝599.4±141nF为标准，对所有的60000只电池卷芯进行卷芯一致性评估，如电池卷芯的电容差值和二次电容均在前述标准内，则该电池卷芯为一致性合格的卷芯；如电池卷芯的电容差值、二次电容之一不在前述标准内，则该电池卷芯为一致性不合格的卷芯。
基于上述标准进行卷芯一致性筛选，部分电池卷芯筛选结果如下表：
Figure BDA0002874518140000062
Figure BDA0002874518140000071
注：上表中“OK”表示电池卷芯符合一致性要求，“NG”表示该电池卷芯不符合一致性要求。
本行业的技术人员应了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施和说明书描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种快速评估锂电池卷芯一致性的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)分别测试各个电池卷芯的首次电容，记为C1n，其中n为电池卷芯的个数；
2)对每个电池卷芯施加的0.1～0.4MPa压力，再分别测试各个电池卷芯的二次电容，记为C2n；
3)计算上述电池卷芯的电容差值的平均值A和标准差σ1，以及C2n的均值B和标准差σ2；其中电容差值是指电池卷芯的二次电容与首次电容之差；
4)以A±(1～3)σ1和B±(1～3)σ2为标准，进行卷芯一致性评估，如电池卷芯的电容差值和二次电容均在前述标准内，则该电池卷芯为一致性合格的卷芯。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤3)之前还要进行去值处理，所述去值处理是将C1n、C2n分别按照从大到小或从小到大的顺序进行排列，然后分别去掉C1n、C2n序列中的首、尾各m个数值，其中m＝n*(0.2～1)％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中电池卷芯的数量不小于50000只。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)中对电池卷芯施加压力是将电池卷芯置于测试工装上通过外加压力来实现的。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述测试工装包括上下平行设置的上压板(2)、下压板(3)，所述上压板(2)的顶端与升降气缸(1)的活动端连接，所述上压板(2)的一侧连接有极耳压块(4)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述极耳压块(4)通过铰链活动连接在上压板(2)的一端。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电池卷芯的首次电容和二次电容均是通过电容测试设备来检测的，所述电容测试设备通过电线与电池卷芯的极耳连接。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述电容测试设备集成到短路测试仪上，同时可以对电池卷芯的电容和短路进行测试。
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