CN113325320A - 一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法 - Google Patents

一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法，包括如下步骤：S1.第一次恒流恒压充电；S2.静置；S3.以预设放电电流进行恒流放电；S4.静置；S5.第二次恒流恒压充电。本发明使电池充电时铁锂本体材料充分激活，足够的锂离子挣脱正极磷酸铁晶格的束缚，源源不断地穿梭通过负极SEI膜，嵌入到负极石墨形成LiC6，从而提高实际充电容量，该过程中电池内部浓差和欧姆极化得到有效消除。随后放电时负极石墨脱出足够的锂离子迅速嵌入到已经充分激活的正极，最终提高了首效和分容容量，有效消除高压实磷酸铁锂材料容量爬坡，使得电池首次容量即充分的发挥出来，容量爬坡率从7％降低至1％。

Description

一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法。
背景技术
近年来，锂离子电池以其高能量密度、高电压、高循环、高安全性、绿色环保等优良性能在电子产品等各个领域得到广泛应用。其中，在锂离子电池制作完成后，为验证产品电池的容量特性及性能并进一步疏通Li+在正负极之间的传输路径，提高电池后期使用过程中的循环性能，确保出厂后产品的安全性能，在出厂前需对锂离子电池进行几次充放电，这一工序称为“分容”。
提高磷酸铁锂电池的能量密度一条途径是开发高压实高容量铁锂正极材料。但因磷酸铁锂本身固有的橄榄石经晶体结构，颗粒亲和粘附性差，导致了振实密度和粉末压实密度差。同时，因FeO6八面体共顶点结构电子导电率差以及PO4四面体稳定结构阻碍了锂离子扩散路径，使得磷酸铁锂材料导电性差。为了兼顾容量发挥和提高压实水平，科研者们往往通过大小颗粒有效配级、减小碳含量提高材料压实，通过改善碳源或掺钛等处理来改善低温和提高容量发挥。但当铁锂设计压实一旦超过了2.55g/cc，锂电池往往因大颗粒太多和碳包覆量减小，导致极片电阻率过高，制备电池正极脱嵌锂离子困难，进而分容首次容量偏低和首次效率低，这种情况下的分容电池需要循环20周甚至更多，电池容量才能上升和发挥出来。容量爬坡率高达7％，对电池整体性能发挥起到严重不利的影响。
现有技术的缺点在于提高高压实磷酸铁锂电池的容量和首效方法太复杂和高成本，周期长；总结大致如下：
(1)生产效率低，改善措施复杂，从原材料、材料合成及加工工艺都需要调整优化；
(2)研发成本高，包括材料成本、设备维护和人力成本和生产能耗；
(3)开发周期长，时间成本高，从策划、研发、中试到产品定型及量产。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，在不改变材料设计、合成方法及材料特性的基础上，提供一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法，消除电池在充电过程中的极化，提高电池充电容量。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法，包括如下步骤：
S1.对待分容电池进行第一次恒流恒压充电，直至达到第一额定电压和第一截止电流；
S2.静置状态进行第一次搁置；
S3.对第一次搁置后的待分容电池以预设放电电流进行恒流放电，直至达到第二额定截止电压；其中，预设放电时长小于第一次恒流恒压充电的时长；
S4.静置状态进行第二次搁置；
S5.对第二次搁置后的待分容电池进行第二次恒流恒压充电，直至达到第三额定电压和第二截止电流，得到分容完成的电池；
其中，第三额定电压小于第一额定电压，第二次恒流恒压充电的时长小于预设放电时长。
优选地，步骤S1，所述第一额定电压为4200mV，所述第一截止电流为0.05C。
较佳地，步骤S1，第一次恒流恒压充电的时长为180min。
优选地，步骤S2，第一次搁置的时长为10min。
优选地，步骤S3，所述预设放电电流为0.5C，所述第二额定截止电压为2500mV。
较佳地，所述预设放电时长为150min。
优选地，步骤S4，第二次搁置的时长为10min。
优选地，步骤S5，所述第三额定电压为4200mV，所述第二截止电流为0.05C。
较佳地，步骤S5，第一次恒流恒压充电的时长为60min。
优选地，所述锂电池的正极材料为磷酸铁锂，负极材料为石墨。
与现有技术相比，本发明在没有改变原材料设计、合成方法以及材料特性的基础上，提高了待分容电池充电阶段的充电截止电压(将电池分容时充电阶段的充电截止电压由3650mV提高至4200mV，并且充电时间由150min提高至180min，充电完成)，消除了充电过程浓差和欧姆极化，使正极材料的锂离子在电场的作用下更加活跃，一些惰性锂离子也挣脱本体结构束缚，迁移速度快速高效，从而大大提高了电池充电容量，并使放电过程中锂离子传输路径多向打通，放电容量也相应地有效提高。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加明白清楚，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，但是本发明并不限于这些实施例。需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为质量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如没有特别说明，均为本领域的常规方法。
下面以客车大巴的锂离子电池为例说明本发明，该电池正极活性物质为磷酸铁锂、负极活性物质为人造石墨，标准容量为55A·h，按照锂离子电池常规工艺制作流程进行制造后进行分容，不需先对电芯进行放电，直接充电。
实施例1
一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法，包括如下步骤：
(1)0.5C恒流恒压充电至4200mV，0.05C电流截止，充电时间180min；
(2)静置状态搁置10min；
(3)0.5C放电至2500mV，放电时间150min；
(4)静置状态搁置10min；
(5)0.5C恒流恒压充电至3256mV，0.05C电流截止，充电时间60min。
比较例1
一种锂电池分容测试方法，包括如下步骤：
(1)0.5C恒流恒压充电至3650mV，0.05C电流截止，充电时间150min；
(2)静置状态搁置10min；
(3)0.5C放电至2.5V，放电时间150min；
(4)静置状态搁置10min；
(5)0.5C恒流恒压充电至3256mV，0.05C电流截止，充电时间60min。
经测试，实施例1的电池首效发挥达到92.65％，比较例1的电池首效发挥为89.41％，而且比较例1电池的离散度也比本发明实施例1的电池大；将实施例1和比较例1的电池高温60℃存储7天，实施例1电池的容量保持率为98.71％，内阻变化率为1.82％，比较例1电池的容量保持率为96.52％，内阻变化率为4.28％；常温25℃恒温箱中，1C/1C充放循环，循环500周，实施例1首周容量56Ah，第三周容量达到56.6Ah(最高点容量爬坡上升1.0％)，循环500周后电池循环特性依旧优越，循环容量保持率为96.63％。比较例1电池首周容量52.4Ah，第20周容量达到56Ah(最高点容量爬坡上升7％)，循环500周后电池循环特性衰减趋势加快，容量保持率为94.46％。以上测试数据表面，实施例1的分容方法不仅提高了分容首效和容量发挥，而且改善了高温存储性能和提高了长期循环性能。此外，最值得一提的是电池的容量爬坡率由7％降低为1.0％，提高了电池良品率和电池性能水平，有效降低了客户的投诉率。
Figure BDA0003088802930000041
本发明通过改善磷酸铁锂电池分容的测试方法，使充电时铁锂本体材料充分激活，在高电压的作用下，促进电荷转移和离子扩散，材料也得到充分的浸润和激活，足够的锂离子挣脱正极磷酸铁晶格的束缚，源源不断地穿梭通过负极SEI膜，嵌入到负极石墨形成LiC6，从而提高实际充电容量，该过程中电池内部浓差和欧姆极化得到有效消除。随后放电时负极石墨脱出足够的锂离子迅速嵌入到已经充分激活的正极，最终提高了首效和分容容量，此方法可以有效消除高压实磷酸铁锂材料容量爬坡，使得电池首次容量即充分的发挥出来，容量爬坡率从7％降低至1％。
本发明的分容工艺更简单，生产可行性高，提高工业生产效率，节约能耗，环境友好；不破坏和改变正极材料原结构的前提下提高了容量发挥，提高了电池能量密度和综合电性能；降低了成本，无需对材料合成及加工工艺进行各种验证实验，降低了研发成本，经济效益高。
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.对待分容电池进行第一次恒流恒压充电，直至达到第一额定电压和第一截止电流；
S2.静置状态进行第一次搁置；
S3.对第一次搁置后的待分容电池以预设放电电流进行恒流放电，直至达到第二额定截止电压；其中，预设放电时长小于第一次恒流恒压充电的时长；
S4.静置状态进行第二次搁置；
S5.对第二次搁置后的待分容电池进行第二次恒流恒压充电，直至达到第三额定电压和第二截止电流，得到分容完成的电池；
其中，第三额定电压小于第一额定电压，第二次恒流恒压充电的时长小于预设放电时长。
2.根据权利要求1所述的一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法，其特征在于，步骤S1，所述第一额定电压为4200mV，所述第一截止电流为0.05C。
3.根据权利要求2所述的一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法，其特征在于，步骤S1，第一次恒流恒压充电的时长为180min。
4.根据权利要求1所述的一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法，其特征在于，步骤S2，第一次搁置的时长为10min。
5.根据权利要求1所述的一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法，其特征在于，步骤S3，所述预设放电电流为0.5C，所述第二额定截止电压为2500mV。
6.根据权利要求5所述的一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法，其特征在于，所述预设放电时长为150min。
7.根据权利要求1所述的一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法，其特征在于，步骤S4，第二次搁置的时长为10min。
8.根据权利要求1所述的一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法，其特征在于，步骤S5，所述第三额定电压为4200mV，所述第二截止电流为0.05C。
9.根据权利要求8所述的一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法，其特征在于，步骤S5，第一次恒流恒压充电的时长为60min。
10.根据权利要求1所述的一种消除锂电池容量爬坡的分容测试方法，其特征在于，所述锂电池的正极材料为磷酸铁锂，负极材料为石墨。
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