CN113759260A - 大容量动力电池的容量衰减原因快速判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大容量动力电池的容量衰减原因快速判断方法,其特征是：将循环后的动力电池拆解并取出正负极片，通过对正极经过碳酸二甲酯浸泡，负极不经过碳酸二甲酯浸泡的处理方式后，将正负极片分别装配成纽扣电池进行容量测试，得到极片充放电容量数据与极片纯活性材料的质量比值，即可分别得出正负极材料的理论克容量。有益效果：本发明通过将失效电池的正负极片拆出，组装成纽扣电池进行电性能分析，可以去除正负极片材料在脱离电池体系与电池结构的影响，独立地分析出正负极材料的结构及物性是否在循环中有遭到破坏，以此得到电池循环容量衰减的初步判断。

Description

大容量动力电池的容量衰减原因快速判断方法

技术领域

本发明属于电池管理技术领域，尤其涉及一种大容量动力电池的容量衰减原因快速判断方法。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池，在不断的使用过程中会因为电池内部材料的破坏，或是外部温度、压力等因素造成电池容量的损失。锂离子电池在使用过程中由于内部或外部的一些因素会导致其容量发生衰减，在电池的开发过程中需要对电池容量的损失来源进行判断，才能针对性的提出改善措施。目前对电池容量损失的来源判断是一个难题。专利公布号为CN111562510A的专利文献公开了一种用于确定退役动力电池剩余寿命的方法及系统，包括：当前的容量满足预设的梯次利用要求的退役动力电池；选取多个相同型号的退役动力电池进行充放电循环试验，以获取当前型号的退役动力电池对应的多组放电容量数据；根据放电容量数据，确定当前型号的退役动力电池每次循环的平均容量衰减率；根据平均容量衰减率，确定每个当前型号的退役动力电池的剩余循环寿命。专利公布号为CN112083337A的专利文献公开了一种面向预测性运维的动力电池健康预测方法，该方法采用有用性评价体系对健康因子进行评估，利用贝叶斯优化方法对阈值进行优化，采用迁移学习将最相似衰减的电池模型训练信息传递给测试单体，并利用早期衰减数据进行模型的微调，最后利用训练好的模型进行健康预测，包括一步衰减预测和外推剩余容量预测，并利用在线提取的特征进行模型自校正。专利公布号为CN 111812536 A的专利文献公开了一种退役动力电池残值快速评估方法。数据采集：获得理论分析模型足够的样本数据，建立动力电池特征状态评价分析的理论模型；建模：采用电化学检测-计算机模拟联合技术建立退役电池的寿命预测模型，结合计算机模拟得出关于电池的SOC模型预测分析模型；数据分析：直接分析BMS均衡日志，根据每串电池均衡的频率和深度，评估电池自放电变化趋势，拟合出方程式；建立电池梯次利用配组应用标准体系并进行配组方法和多参数分析算法和软件系统化设计。

目前本领域亟待推出一种能够快速找出电池容量衰减原因并提出改善措施的简易方法。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足，提供一种大容量动力电池的容量衰减原因快速判断方法,通过将失效电池的正负极片拆出，组装成纽扣电池进行电性能分析，便于快速对电池容量衰减原因进行判断。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种大容量动力电池的容量衰减原因快速判断方法,其特征是：将循环后的动力电池拆解并取出正负极片，将正负极片分别装配成纽扣电池进行容量测试，得到极片充放电容量数据与极片纯活性材料的质量比值，即可分别得出正负极材料的理论克容量，具体测试步骤如下：

1)将需要进行分析的电池调整至0-100％SOC态；

2)电池在25℃干燥、湿度≤1％环境下拆解，取出需要进行测试的正负极片，并将其放置10-60分钟，使电解液充分挥发；

3)将正极片于25℃干燥、湿度≤1％环境下采用碳酸二甲酯清洗后进行冲片，负极片不经过碳酸二甲酯清洗而直接进行冲片，得到制作纽扣电池的极片；

4)对上述正极片进行称重，得到极片质量A1，对负极片称重，得到极片质量A2；根据上述正负极片的面积分别计算得到对应的铝箔质量B1、铜箔质量B2；设计中的正极活性物质占比C1，负极占比C2；按照如下计算公式，得到纯活性材料的质量；

正极活性物质质量＝(A1-B1)×C1

负极活性物质质量＝(A2-B2)×C2；

5)在充满氩气的手套箱内将正负极片分别按照常规工艺组装成纽扣电池；

6)组装完成的纽扣电池在常温下静置24h；

7)将纽扣电池在充放电测试设备上进行充放电测试，分别得出正负极片充放电的容量数据，所述容量数据与步骤4计算出的纯活性材料质量的比值，即可得到正负极材料的实际克容量；

8)通过将步骤7计算出的正负极实际克容量与正负极的理论克容量数据对比，即可确认循环衰减是否与正负极材料结构破坏有关。

所述纽扣电池选用CR2430型号。

有益效果：本发明通过将失效电池的正负极片拆出，组装成纽扣电池进行电性能分析，可以去除正负极片材料在脱离电池体系与电池结构的影响，独立地分析出正负极材料的结构及物性是否在循环中有遭到破坏，以此得到电池循环容量衰减的初步判断。由于水系负极的极片粘接力较低，尤其是循环后，负极粘接力进一步下降。采用常规方式对负极片进行清洗、烘干，会使负极片与铜箔间剥离严重，导致组装成的扣电容量差异较大。因此对循环后拆解出的负极片，不采用碳酸二甲酯处理，在电解液挥发后直接进行扣电组装，可以准确的得出负极材料的克容量，有助于快速锁定电池容量衰减的分析方向。

附图说明

图1是本发明制成的测试纽扣电池结构示意图。

图中：1、电池壳，2、弹片，3、垫片，4、锂片，5、隔膜，6、极片。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下：详见附图，本发明提供了一种大容量动力电池的容量衰减原因快速判断方法,将循环后的动力电池拆解并取出正负极片，将正负极片分别装配成纽扣电池进行容量测试，得到极片充放电容量数据与极片纯活性材料的质量比值，即可分别得出正负极材料的理论克容量，具体测试步骤如下：

1)将需要进行分析的电池调整至0-100％SOC态，优选为100％SOC；

2)电池在25℃干燥、湿度≤1％环境下拆解，取出需要进行测试的正负极片，并将其放置10-60分钟，使电解液充分挥发，优选为30分钟；

3)将正极片于25℃干燥、湿度≤1％环境下采用碳酸二甲酯清洗后进行冲片，负极片不经过任何处理，直接进行冲片，得到制作纽扣电池的极片；

4)分别对正负极片进行称重，得到极片质量，通过正、负极的活性物质配比，计算纯活性材料的质量；

对上述正极片进行称重，得到极片质量A1，对负极片称重，得到极片质量A2；根据上述正负极片的面积分别计算得到对应的铝箔质量B1、铜箔质量B2；设计中的正极活性物质占比C1，负极占比C2；按照如下公式，计算得到纯活性材料的质量；

正极活性物质质量＝(A1-B1)×C1 公式1

负极活性物质质量＝(A2-B2)×C2 公式2

5)在充满氩气的手套箱内将正负极片分别按照常规工艺组装成纽扣电池；

6)组装完成的纽扣电池在常温下静置24h；

7)将纽扣电池在充放电测试设备上进行充放电测试，分别得出正负极片充放电的容量数据，所述容量数据与步骤4)计算出的纯活性材料质量的比值，即可得到正负极材料的理论克容量；

8)通过将步骤7计算出的正负极实际克容量，与正负极的理论克容量数据对比，可以确认循环衰减是否与正负极材料结构被破坏有关。

详见附图1，所述纽扣电池选用CR2430型号。电池结构为依次连接的弹片2、垫片3、锂片4、隔膜5和极片6并置于纽扣电池壳1内。

工作原理

1)选择循环2000次的方形磷酸铁锂电池进行循环衰减分析，将电池调整至100％SOC，在温度25℃、湿度≤1％环境下，拆解、取出需要进行测试的正负极片；

2)将正极片采用碳酸二甲酯清洗后进行冲片，负极片不经过任何处理直接冲片，得到制作纽扣电池的极片；

3)对冲片后的正极片进行称重，得到极片质量0.029g，对冲片后的负极片称重，得到极片质量0.018g；根据上述正负极片的面积分别计算得到对应的铝箔质量0.005g、铜箔质量0.007g，设计中的正极活性物质占比96％，负极占比95.3％。按照公式1，计算得到正极活性物质质量为0.023g。按照公式2，计算得到负极活性物质质量为0.011g；

4)然后在充满氩气的手套箱内将正负极片分别按照常规工艺组装成纽扣电池，组装完成的纽扣电池在常温下静置24h。将纽扣电池在充放电测试设备上进行充放电测试，分别得出正极片放电容量为3.345g，计算得到正极材料的克容量为145.4mAh/g，而正极材料的理论克容量为153mAh/g，因此循环后正极损失5％。负极片放电容量为3.74g，计算得到负极材料的克容量为340mAh/g，而负极材料的理论克容量为348mAh/g，因此循环后负极损失2.3％。通过正负极克容量损失结果，说明正负极材料的结构并未受到破坏。

实施例1

电池的制作和测试情况：

1)将正极(LiFePO₄)、负极(人造石墨)和隔膜进行叠片制备成极组，对制备的极组进行装配、注液、化成、分选等工序制成锂离子电池。将该批次电池进行常温25℃，1C/1C循环2000次，容量衰减至80％；

2)将电池经过拆解后取出正负极片，将正负极片经碳酸二甲酯浸泡、烘干后冲片，然后于手套箱内组装成纽扣电池，放置24h后进行充放电测试；

3)按照上述测试步骤经过测试和计算后发现正极片纽扣电池的克容量为150mAh/g，负极片纽扣电池的克容量为300mAh/g；而新鲜状态下的正极纽扣电池的克容量为153mAh/g，负极片纽扣电池的克容量为348mAh/g。对比循环前后的扣电容量，正极克容量衰减1.96％，而负极克容量衰减13.8％，根据此数据推测负极容量损失明显，在设计时提高负极比例是一个改善方向。该步骤描述的内容说明如果对正负极片均经过有机溶剂清洗，对比循环前后负极的容量会差的比较多。现有技术表明：循环前的克容量是不用测试的。

实施例2

将正极(LiFePO₄)、负极(人造石墨)和隔膜进行叠片制备成极组，对上述极组进行装配、注液、化成、分选等工序制成锂离子电池。将该批次电池进行常温25℃，1C/1C循环2000次，容量衰减至80％。电池经过解剖后得到正负极片，将正极片经碳酸二甲酯浸泡、烘干后冲片，负极片在干燥间中放置30min，然后不经过任何处理直接冲片。最后于手套箱内组装成纽扣电池，放置24h后进行充放电测试。经过测试和计算后发现正极片纽扣电池的克容量为150mAh/g，负极片纽扣电池的克容量为340mAh/g。而新鲜状态下的正极纽扣电池的克容量为153mAh/g，负极片纽扣电池的克容量为348mAh/g。对比循环前后的扣电容量，正负极均未发生明显的衰减，以此判断该电池容量的衰减与材料本身的结构及性能无关，而与外界因素(温度、压力)造成的电液与电极副反应过多有关。

本发明方法的测试结果表明：将取出来的负极片分别采用碳酸二甲酯清洗与不清洗两种方式处理后，再将负极片装配成纽扣电池进行容量测试，结果显示循环后的负极片不清洗的方式测得容量较为准确，有助于快速锁定电池容量衰减的分析方向。

上述参照实施例对该一种大容量动力电池的容量衰减原因快速判断方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种大容量动力电池的容量衰减原因快速判断方法,其特征是：将循环后的动力电池拆解并取出正负极片，将正负极片分别装配成纽扣电池进行容量测试，得到极片充放电容量数据与极片纯活性材料的质量比值，即可分别得出正负极材料的理论克容量，具体测试步骤如下：

1)将需要进行分析的电池调整至0-100％SOC态；

2)电池在25℃干燥、湿度≤1％环境下拆解，取出需要进行测试的正负极片，并将其放置10-60分钟，使电解液充分挥发；

3)将正极片于25℃干燥、湿度≤1％环境下采用碳酸二甲酯清洗后进行冲片，负极片不经过碳酸二甲酯清洗而直接进行冲片，得到制作纽扣电池的极片；

4)对上述正极片进行称重，得到极片质量A1，对负极片称重，得到极片质量A2；根据上述正负极片的面积分别计算得到对应的铝箔质量B1、铜箔质量B2；设计中的正极活性物质占比C1，负极占比C2；按照如下计算公式，得到纯活性材料的质量；

正极活性物质质量＝(A1-B1)×C1

负极活性物质质量＝(A2-B2)×C2；

5)在充满氩气的手套箱内将正负极片分别按照常规工艺组装成纽扣电池；

6)组装完成的纽扣电池在常温下静置24h；

7)将纽扣电池在充放电测试设备上进行充放电测试，分别得出正负极片充放电的容量数据，所述容量数据与步骤4计算出的纯活性材料质量的比值，即可得到正负极材料的实际克容量；

8)通过将步骤7计算出的正负极实际克容量与正负极的理论克容量数据对比，即可确认循环衰减是否与正负极材料结构破坏有关。

2.根据权利要求1所述的大容量动力电池的容量衰减原因快速判断方法,其特征是：所述纽扣电池选用CR2430型号。

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