CN113497288A - 充电方法、电子装置以及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电池的充电方法，所述方法包括：在第N1次充放电循环以内，对电池充电至第一充电限制电压V1，其中，N1为整数，V1＝V0‑ΔV1，20mV≤ΔV1≤50mV，V0为所述电池的初始充电限制电压；在第N2次充放电循环以内，对电池充电至第二充电限制电压V2，其中N2为大于N1的整数，V2＝V1+ΔV2，10mV≤ΔV2≤30mV；及每隔M次充放电循环时，对所述电池充电至第三充电限制电压V3，其中M为大于N2的整数，V3＝V2+n×ΔV3，n为间隔M次充放电循环的个数，10mV≤ΔV3≤30mV。根据本申请提供的电池的充电方法、电子装置以及存储介质，可以改善电池的循环性能。

Description

充电方法、电子装置以及存储介质

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池的充电方法、电子装置以及存储介质。

背景技术

近年来，随着智能手机、平板电脑和可穿戴设备的普及，对消费类电子设备的电池的体积和能量密度要求也越来越高。通过提升锂离子电池体系的充电截止电压可增加电池的容量，从而可提升电池的体积能力密度。但是锂离子电池的高电压体系也会存在一些问题，如高电压体系对阴极材料的结构破坏程度更大，更容易促使阴极结构发生坍塌、相变、钴溶出等，从而恶化高电压体系的循环性能，使得高电压体系锂离子电池的使用寿命大大降低。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种充电方法、电子装置以及存储介质，可以改善电池的循环性能。

本申请一实施方式提供了一种电池的充电方法，所述充电方法包括在第N1次充放电循环以内，对电池充电至第一充电限制电压V1，其中，N1为整数，V1＝V0-ΔV1，20mV≤ΔV1≤50mV，V0为所述电池的初始充电限制电压；在第N2次充放电循环以内，对电池充电至第二充电限制电压V2，其中N2为大于N1的整数，V2＝V1+ΔV2，10mV≤ΔV2≤30mV；及每隔M次充放电循环时，对所述电池充电至第三充电限制电压V3，其中M为大于N2的整数，V3＝V2+n×ΔV3，n为间隔M次充放电循环的个数，10mV≤ΔV3≤30mV。

根据本申请的一些实施方式，20≤N1≤50，50＜N2≤70。

根据本申请的一些实施方式，100≤M≤250。

根据本申请的一些实施方式，所述第一充电限制电压V1与所述初始充电限制电压V0满足如下关系：V1＝V0×(1-a)，其中，0.4％≤a≤1.2％。

根据本申请的一些实施方式，所述ΔV3与所述M满足如下关系:ΔV3＝0.1524×M-m，其中，0≤m≤20。

根据本申请的一些实施方式，所述初始充电限制电压V0与所述电池的CB值K满足以下关系：

V0＝(114.3×K+557.924)/150，其中K＝(阳极克容量×阳极涂覆重量)/(阴极克容量×阴极涂覆重量)，1≤K≤1.2。

根据本申请的一些实施方式，所述初始充电限制电压V0大于或等于4.45V，且小于或等于4.53V。

本申请一实施方式提供了一种电子装置，所述电子装置包括电池和处理器，所述处理器用于执行如上所述的充电方法。

根据本申请的一些实施方式，所述电池的正极活性材料选自钴酸锂、镍钴锰、磷酸铁锂中的至少一种。

本申请一实施方式提供了一种存储介质，其上存储有至少一条计算机指令，所述计算机指令由处理器加载并用于执行如上所述的电池的充电方法。

本申请的实施方式通过在第N1次充放电循环以内降低电池的充电截止电压对电池进行充电，可以减小电池在充放电循环过程中高电压对电池阴极的伤害，降低阴极在高电压使用时存在阴极结构破坏的风险。在第N2次充放电循环以内又提升电池的充电截止电压对电池进行充电，以及之后每隔M次充放电循环时继续提升电池的充电截止电压对电池进行充电，通过调整电池体系的CB(cell Balance)值，改善电池的循环性能，延长电池的使用寿命。

附图说明

图1是根据本申请一实施方式的电子装置的结构示意图。

图2是根据本申请一实施方式的电池的充电方法的流程图。

图3是电池在45℃环境温度下采用不同的CB值进行循环充放电过程中的容量保持率情况。

图4是电池的CB值大于1时和电池的CB值小于1时对电池循环性能的影响的示意图。

图5是根据本申请一实施方式的充电系统的模块图。

主要元件符号说明

电子装置 1

充电系统 10

处理器 11

电池 12

第一充电模块 101

第二充电模块 102

第三充电模块 103

如下具体实施方式将结合上述附图进一步详细说明本申请。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都是属于本申请保护的范围。

请参阅图1，充电系统10运行于电子装置1中。所述电子装置1包括，但不仅限于，至少一个处理器11以及电池12，上述元件之间可以通过总线连接，也可以直接连接。

需要说明的是，图1仅为举例说明电子装置1。在其他实施方式中，电子装置1也可以包括更多或者更少的元件，或者具有不同的元件配置。所述电子装置1可以为电动摩托、电动单车、电动汽车、手机、平板电脑、个数数字助理、个人电脑，或者任何其他适合的可充电式设备。

在一个实施例中，所述电池12为可充电电池，用于给所述电子装置1提供电能。例如，所述电池12可以锂离子电池、锂聚合物电池及磷酸铁锂电池等。所述电池12包括至少一个电芯，所述电池12可以采用可循环再充电的方式反复充电。

尽管未示出，所述电子装置1还可以包括无线保真(Wireless Fidelity，WiFi)单元、蓝牙单元、扬声器等其他组件，在此不再一一赘述。

请参阅图2，图2为根据本申请一实施方式的电池的充电方法的流程图。所述电池的充电方法可以包括以下步骤：

步骤S21：在第N1次充放电循环以内，对电池充电至第一充电限制电压V1，其中，N1为整数，V1＝V0-ΔV1，20mV≤ΔV1≤50mV，V0为所述电池的初始充电限制电压。

通过研究发现，调控电池体系的CB(cell balance)值可显著改善电池的循环性能，即降低锂离子电池体系的CB值，可提升电池的使用寿命。如图3所示，电池在45℃环境温度下采用不同的CB值进行循环充放电过程中的容量保持率情况。由此可知，CB值越小，电池的容量保持率越大。所述CB值K的计算方法为K＝(阳极克容量×阳极涂覆重量)/(阴极克容量×阴极涂覆重量)，1≤K≤1.2。

在本实施方式中，所述初始充电限制电压V0与所述电池的CB值K满足以下关系：V0＝(114.3×K+557.924)/150。并且所述初始充电限制电压V0大于或等于4.45V，且小于或等于4.53V。

现有技术中，降低电池CB值一般有两种方法：第一种方法是在电池制作过程中通过调控阴阳极的涂布重量改变电池初始的CB值；第二种方法是通过充电方式改变电池使用时的CB值。然而，第一种方法在电池制作过程中调控电池的CB值存在一些问题。例如，电池阴阳极的克容量会存在0.2％～0.5％的偏差；阴阳极浆料制作过程中浆料活性物质重量(loading)会存在波动；阴阳极浆料涂布过程中也存在公差(±10mg)。由此，由于上述问题的存在，如果仅通过电芯的制作过程将电池的CB值降低，可能会出现CB值小于1的情况，这样电池会发生析锂，循环过程中出现跳水现象，如图4所示的情况。第二种方法通过改善电池的充电方式在电池使用过程中降低CB值，既可以提升电池的循环寿命，又不存在析锂风险。本申请就是通过改善电池的充电方式来降低电池的CB值，从而改善电池的循环性能。

在本实施方式中，先将电池的初始充电限制电压V0(即充电截止电压)降低20mV至50mV。即在第N1次充放电循环以内，对电池充电至第一充电限制电压V1，其中，N1为整数，V1＝V0-ΔV1，20mV≤ΔV1≤50mV，并且20≤N1≤50。这样可以减小电池在充放电循环过程中对阴极的伤害，降低阴极在高电压使用时存在破坏阴极结构的风险。并且在对电池进行浅充的过程中可以降低电芯的膨胀。

在本实施方式中，所述第一充电限制电压V1与所述初始充电限制电压V0满足如下关系：V1＝V0×(1-a)，其中，0.4％≤a≤1.2％。

步骤S22：在第N2次充放电循环以内，对电池充电至第二充电限制电压V2，其中N2为大于N1的整数，V2＝V1+ΔV2，10mV≤ΔV2≤30mV。

在电池的循环充放电过程中，由于SEI(solid electrolyte interface)膜的生成和一些副反应等因素存在，导致可逆锂离子量减少，电池的CB值会逐渐增大。因此，在第N2次充放电循环以内，提升电池的第二充电限制电压V2，缓解电池的CB值增长的速度。

步骤S23：每隔M次充放电循环时，对所述电池充电至第三充电限制电压V3，其中M为大于N2的整数，V3＝V2+n×ΔV3，n为间隔M次充放电循环的个数，10mV≤ΔV3≤30mV。

在本实施方式中，在此后每隔100至250次充放电循环时，对所述电池充电至第三充电限制电压V3，即提升电池的充电截止电压。也就是说，通过调整电池的充电截止电压来调控电池的CB值。例如，针对LCO体系的电池，将充电截止电压提升10mV至30mV，可以将电池的CB值下降0.003至0.011。需要说明的是，电池的CB值不能低于1.0。

在本实施方式中，所述ΔV3与所述M满足如下关系:ΔV3＝0.1524×M-m，其中，0≤m≤20。

在本实施方式中，上述电池的充电方法主要适用于高电压体系的电池，所述高电压体系的电池为选自钴酸锂、镍钴锰、磷酸铁锂中的至少一种作为正极活性材料，以石墨为负极的锂离子电池体系。

在高电压下电池的阴极会出现不可逆的相变和钴溶出、氧释放等现象，导致阴极结构坍塌，阴极表面腐蚀，部分锂离子不可逆，即可逆脱嵌的锂离子减少，克容量发挥降低，从而使电池的CB值增大。因此，高电压体系对阴极材料和电解液稳定性需求很高，单纯从材料端进行改善效果十分有限。如过进一步增加阴极材料的掺杂和包覆会恶化阴极材料的克容量。而提升电解液的耐氧化性又会增加电池的阻抗、恶化电池的动力学。而通过本申请的充电方法可以降低电池的CB值，显著改善电池的循环性能，但又避免了对阴极材料和电解液做进一步改善带来的成本增加。

为了使本申请的发明目的、技术方案和技术效果更加清晰，以下结合附图和实施例，对本申请进一步地详细说明。

对比例1：

采用以阴极为钴酸锂，阳极为石墨的软包电池，电池容量约3.6Ah，具体充放电流程为：采用1C充电电流对所述电池恒流充电至4.46V；以4.46V恒定电压对电池充电至0.025C，此时的充电截止电压为4.46V；将电池静置5分钟；再以0.7C放电电流对电池放电至3.0V。在室温下重复上述充放电流程600个循环。需要说明的是，C为充放电倍率，所述充放电倍率是指在规定时间内充电至额定容量或者放出其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数。

对比例2

采用以阴极为钴酸锂，阳极为石墨的软包电池，电池容量约3.6Ah，具体充放电流程为：采用1C充电电流对所述电池恒流充电至4.48V；以4.48V恒定电压对电池充电至0.025C，此时的充电截止电压为4.48V；将电池静置5分钟；再以0.7C放电电流对电池放电至3.0V。在室温下重复上述充放电流程600个循环。

对比例3

采用以阴极为钴酸锂，阳极为石墨的软包电池，电池容量约3.6Ah，具体充放电流程为：采用1C充电电流对所述电池恒流充电至4.53V；以4.53V恒定电压对电池充电至0.025C，此时的充电截止电压为4.53V；将电池静置5分钟；再以0.7C放电电流对电池放电至3.0V。在室温下重复上述充放电流程600个循环。

实施例1

依照对比例1，第一个充放电循环采用对比例1的充放电流程，2-20循环充电截止电压降低50mV，进行充放电，之后每100循环充电截止电压增加10mV，进行充放电测试。

实施例2

依照对比例1，第一个充放电循环采用对比例1的充放电流程，2-20循环充电截止电压降低50mV，进行充放电，之后每100循环充电截止电压增加30mV，进行充放电测试。

实施例3

依照对比例1，第一个充放电循环采用对比例1的充放电流程，2-50循环充电截止电压降低20mV，进行充放电，之后每250循环充电截止电压增加10mV，进行充放电测试。

实施例4

依照对比例2，第一个充放电循环采用对比例2的充放电流程，2-20循环充电截止电压降低50mV，进行充放电，之后每200循环充电截止电压增加20mV，进行充放电测试。

实施例5

依照对比例2，第一个充放电循环采用对比例2的充放电流程，2-20循环充电截止电压降低50mV，进行充放电，之后每200循环充电截止电压增加30mV，进行充放电测试。

实施例6

依照对比例2，第一个充放电循环采用对比例2的充放电流程，2-20循环充电截止电压降低50mV，进行充放电，之后每200循环充电截止电压增加10mV，进行充放电测试。

实施例7

依照对比例2，第一个充放电循环采用对比例2的充放电流程，2-50循环充电截止电压降低20mV，进行充放电，之后每100循环充电截止电压增加10mV，进行充放电测试。

实施例8

依照对比例2，第一个充放电循环采用对比例2的充放电流程，2-50循环充电截止电压降低20mV，进行充放电，之后每100循环充电截止电压增加20mV，进行充放电测试。

实施例9

依照对比例2，第一个充放电循环采用对比例2的充放电流程，2-50循环充电截止电压降低20mV，进行充放电，之后每100循环充电截止电压增加30mV，进行充放电测试。

实施例10

依照对比例2，第一个充放电循环采用对比例2的充放电流程，2-30循环充电截止电压降低40mV，进行充放电，之后每150循环充电截止电压增加15mV，进行充放电测试。

实施例11

依照对比例3，第一个充放电循环采用对比例3的充放电流程，2-20循环充电截止电压降低50mV，进行充放电，之后每100循环充电截止电压增加10mV，进行充放电测试。

实施例12

依照对比例3，第一个充放电循环采用对比例3的充放电流程，2-20循环充电截止电压降低50mV，进行充放电，之后每100循环充电截止电压增加30mV，进行充放电测试。

实施例13

依照对比例3，第一个充放电循环采用对比例3的充放电流程，2-50循环充电截止电压降低20mV，进行充放电，之后每250循环充电截止电压增加10mV，进行充放电测试。

上述各对比例和实施例在进行600次充放电循环后的容量保持率记录如下表1所示。

表1 各对比例及实施例600次充放电循环后的容量保持率

需要说明的是，表1中600次充放电循环后电池的容量保持率的计算方法为：在室温下，以1C恒定电流将锂离子电池充电至XV，XV为锂离子电池的充电截止电，X可以为上述对比例中4.46V、4.48V或者4.53V；然后再进一步以XV恒定电压对电池充电至电流为0.025C，然后以0.7C的恒定电流将锂离子电池放电至3.0V。此时电池的放电容量为锂离子电池的首次放电容量，计为100％。按以上充放电流程，在循环过程中记录600次充放电循环后的放电容量，除以所述首次放电容量，可以得到600次充放电循环后电池的容量保持率。

由对比例1-3可知，电池的充电截止电压越高，电池在进行600次充放电循环后的容量保持率越小。同样地，由实施例1-3和实施例4-10和实施例11-13可知，随着电池的截止电压的升高，电池在进行600次充放电循环后的容量保持率越小这是由于在高电压下电池的阴极会出现不可逆的相变和钴溶出、氧释放等现象，导致阴极结构坍塌，阴极表面腐蚀，部分锂离子不可逆，即可逆脱嵌的锂离子减少，克容量发挥降低，导致电池的CB值增大。电池的循环性能降低，即电池在充放电循环后的容量保持率降低。

由实施例1-3与对比例1比较可知，通过采用本申请的充电方法对电池进行600次充放电循环后的容量保持率，大于采用常规充放电方法(现有技术中的恒流恒压充电方法)对电池进行600次充放电循环后的容量保持率。

由实施例4-10与对比例2比较可知，通过采用本申请的充电方法对电池进行600次充放电循环后的容量保持率，也大于采用常规充放电方法(现有技术中的恒流恒压充电方法)对电池进行600次充放电循环后的容量保持率。

由实施例11-13与对比例3比较可知，通过采用本申请的充电方法对电池进行600次充放电循环后的容量保持率，明显大于采用常规充放电方法(现有技术中的恒流恒压充电方法)对电池进行600次充放电循环后的容量保持率。

根据上述说明书的阐述，本申请所述领域的技术人员还可对上述实施方式进行变更和修改。因此，本申请并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本申请的一些等同修改和变更(如类似的高强度集流体或多极耳结构)也应当在本申请权利要求的保护范围内。

请参阅图5，在本实施方式中，所述充电系统10可以被分割成一个或多个模块，所述一个或多个模块可存储在所述处理器11中，并由所述处理器11执行本申请实施例的充电方法。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，所述指令段用于描述所述充电系统10在所述电子装置1中的执行过程。例如，所述充电系统10可以被分割成图5中的第一充电模块101、第二充电模块102、以及第三充电模块103。

所述第一充电模块101用于在第N1次充放电循环以内，对电池充电至第一充电限制电压V1，其中，N1为整数，V1＝V0-ΔV1，20mV≤ΔV1≤50mV，V0为所述电池的初始充电限制电压；所述第二充电模块102用于在第N2次充放电循环以内，对电池充电至第二充电限制电压V2，其中N2为大于N1的整数，V2＝V1+ΔV2，10mV≤ΔV2≤30mV；以及所述第三充电模块103用于每隔M次充放电循环时，对所述电池充电至第三充电限制电压V3，其中M为大于N2的整数，V3＝V2+n×ΔV3，n为间隔M次充放电循环的个数，10mV≤ΔV3≤30mV。

通过该充电系统10可以在第N1次充放电循环以内降低电池的充电截止电压对电池进行充电，在第N2次充放电循环以内又提升电池的充电截止电压对电池进行充电，以及之后每隔M次充放电循环时继续提升电池的充电截止电压对电池进行充电。减小电池在充放电循环过程中高电压对电池阴极的伤害，降低阴极在高电压使用时存在阴极结构破坏的风险。从而改善电池的循环性能，延长电池的使用寿命。具体内容可以参见上述电池的充电方法的实施例，在此不再详述。

在一实施方式中，所述处理器11可以是中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者所述处理器11也可以是其它任何常规的处理器等。

所述充电系统10中的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，所述计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

可以理解的是，以上所描述的模块划分，为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在相同处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在相同单元中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。

在另一实施方式中，所述电子装置1还可包括存储器(图未示)，所述一个或多个模块还可存储在存储器中，并由所述处理器11执行。所述存储器可以是电子装置1的内部存储器，即内置于所述电子装置1的存储器。在其他实施例中，所述存储器也可以是电子装置1的外部存储器，即外接于所述电子装置1的存储器。

在一些实施例中，所述存储器用于存储程序代码和各种数据，例如，存储安装在所述电子装置1中的充电系统10的程序代码，并在电子装置1的运行过程中实现高速、自动地完成程序或数据的存取。

所述存储器可以包括随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘、智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(Secure Digital，SD)卡、闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请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申请。因此，无论从哪一点来看，均应将本申请上述的实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请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涵括在本申请内。

Claims (10)

1.一种电池的充电方法，其特征在于，该方法包括：

在第N1次充放电循环以内，对电池充电至第一充电限制电压V1，其中，N1为整数，V1＝V0-ΔV1，20mV≤ΔV1≤50mV，V0为所述电池的初始充电限制电压；

在第N2次充放电循环以内，对电池充电至第二充电限制电压V2，其中N2为大于N1的整数，V2＝V1+ΔV2，10mV≤ΔV2≤30mV；及

每隔M次充放电循环时，对所述电池充电至第三充电限制电压V3，其中M为大于N2的整数，V3＝V2+n×ΔV3，n为间隔M次充放电循环的个数，10mV≤ΔV3≤30mV。

2.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，20≤N1≤50，50＜N2≤70。

3.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，100≤M≤250。

4.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，所述第一充电限制电压V1与所述初始充电限制电压V0满足如下关系：

V1＝V0×(1-a)，其中，0.4％≤a≤1.2％。

5.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，所述ΔV3与所述M满足如下关系:

ΔV3＝0.1524×M-m，其中，0≤m≤20。

6.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，所述初始充电限制电压V0与所述电池的CB值K满足以下关系：

V0＝(114.3×K+557.924)/150，其中K＝(阳极克容量×阳极涂覆重量)/(阴极克容量×阴极涂覆重量)，1≤K≤1.2。

7.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，所述初始充电限制电压V0大于或等于4.45V，且小于或等于4.53V。

8.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括：

电池；及

处理器，所述处理器用于加载并执行如权利要求1至7中任意一项所述的充电方法。

9.如权利要求8所述的电子装置，其特征在于，所述电池的正极活性材料选自钴酸锂、镍钴锰、磷酸铁锂中的至少一种。

10.一种存储介质，其上存储有至少一条计算机指令，其特征在于，所述指令由处理器加载并执行如权利要求1至7中任意一项所述的充电方法。

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