CN113937373B - 一种锂电池配组方法 - Google Patents

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Abstract

一种锂电池配组方法，包括下列步骤：将电池放进行一次振动高温老化；将电池进行容量测试和放电过程温度测试，记录电池放电容量和放电过程电池温度，对电池进行标记；将电池以0.2C电流恒流恒压补电至3.9V，截止电流0.01C；将补电后对对对锂离子电池进行二次振动高温老化；将电池常温搁置24h，而后测量并记录电池静态电压、内阻，并对电池进行标记；将测量得到的静态电压、内阻与测得的电池容量、放电过程放电温度作为配组依据，对电池进行分组，完成配组。本发明通过对二次振动高温老化，提高了电池配组的一致性；通过电池配组静态与动态相结合，大大降低成组单体电池间的差异性；使得配组电池的一致性得以提升，进而大幅增加了电池组的使用寿命。

Description

一种锂电池配组方法
技术领域
本发明涉及一种蓄电池制作方法，特别是一种锂电池配组方法，属蓄电池技术领域。
背景技术
锂离子电池作为一种二次电池具有高能量密度、循环寿命长、价格相对低廉的优点得到广泛的应用。随着社会的不断进步，科技水平不断发展，锂离子电池作为主要科技产品的储能元件被使用场合越加普遍。但单体锂离子电池的电压较低、容量较小，无法满足大型设备需求，往往需要锂电池配组使用。现阶段，锂离子电池配组使用的常规配组方式，是通过对电池容量老化后的电压、内阻进行测量，并按照一定标准进行分选、配组。这种常规配组方式只就电池本身静态指标值进行筛选，忽略了电池实际使用时的动态差异，使得电芯配组一致性难以到达较高水平。
发明内容
本发明针对解决现有技术问题，提供一种锂电池配组方法，采用所述方法可以明显提高电池配组一致性的，从而提高电池组使用性能。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种锂电池配组方法，包括如下步骤：
a、将化成后的锂离子电池放到高温老化间内进行一次振动高温老化；
b、将一振动高温老化结束后的锂离子电池常温搁置24h，而后进行容量测试和放电过程温度测试，记录电池放电容量和放电过程电池温度，并对锂离子电池进行标记；
c、将放电容量和放电过程电池温度标记后的锂离子电池以0.2C电流恒流恒压补电至3.9V，截止电流0.01C；
d、将补电后锂离子电池再次放入高温老化间内进行二次振动高温老化；
e、将二次振动高温老化结束后的锂离子电池常温搁置24h，而后测量并记录电池静态电压、内阻，并对电池进行标记；
f、将二次振动老化后测量得到的静态电压、内阻与步骤b中测得的电池容量、放电过程放电温度作为配组依据，对电池进行分组，完成配组。
上述锂电池配组方法，所述步骤b中，容量测试流程为：静置10分钟；0.5C放电至截止电压；静置10分钟；0.2C恒流充电至截止电压，而后以截止电压恒压充电至截止电流0.01C；静置10分钟；以实际使用电流恒流放电至截止电压，放电结束后记录电池放电容量并对电池进行标记。
上述锂电池配组方法，所述步骤b中，放电过程温度测试方法如下：按照电池实际使用电流对电池做放电测试，记录电池放电至[1/2(上限电压-下限电压)+下限电压]时电池主体的温度，并对电池进行标记。
上述锂电池配组方法，所述步骤b和步骤e中常温搁置时温度为25±5℃，以便电池内部温度恢复至常温，以达到放电过程温度检测的准确性。
上述锂电池配组方法，所述步骤a中一次振动高温老化标准为：
第一阶段：温度40-45℃、振动频率50Hz、振动幅度0.8mm、振动时间1天；
第二阶段：温度：40-45℃、振动频率50Hz、振动幅度0.8mm、振动时间4h与振动频率30Hz、振动幅度1.0mm、振动时间4h交替进行48h；
第三阶段：温度40-45℃、振动频率：30Hz、振动幅度1.0mm、振动时间12h；
第四阶段：温度40-45℃、振动频率30Hz、振动幅度0.8mm、振动时间12h。
上述锂离子电池温度配组方法，所述步骤d中振动高温老化标准为：
第一阶段：温度40-45℃、振动频率50Hz、振动幅度0.8mm、振动时间2天；
第二阶段：温度：40-45℃、振动频率50Hz、振动幅度0.8mm、振动时间4h与振动频率40Hz、振动幅度0.9mm、振动时间4h交替进行1天；
第三阶段：温度40-45℃、振动频率40Hz、振动幅度0.9mm、振动时间4h与振动频率30Hz、振动幅度1.0mm、振动时间4h交替进行2天；
第四阶段：温度：40-45℃、振动频率30Hz、振动幅度1.0mm、振动时间1天；
第五阶段：温度：40-45℃、振动频率30Hz、振动幅度0.8mm、振动时间1天。
上述锂离子电池温度配组方法，所述步骤f中分组标准为：容差为标称容量的0.3％、温差为0.8％、内阻差为3mΩ、电压差为3mV。
本发明的有益效果如下：1、本发明通过对电池进行二次振动高温老化，加速了电池内部副反应的进行，使得电池内部更快达到稳定状态，同时也加速了电池间差异性的表现，提高了电池配组的一致性；2、本发明通过将锂离子电池动态放电时的“温度值”引入到静态配组中，使电池配组静态与动态相结合，大大降低成组单体电池间的差异性；3、通过引入放电“温度值”减小了电池组工作时不同单体电池间的温度差值，降低了由于温度引起的电池组内单体电池间的性能差异，使得配组电池的一致性得以提升，进而大幅增加了电池组的使用寿命。
附图说明
图1为锂离子电池放电电压-温度曲线图；
图2为本发明配组后组内单体电池电压-老化时间曲线图；
图3为常规配组后组内单体电池电压-老化时间曲线图；
图4为本发明配组后组内单体电池容量-老化时间曲线图；
图5为常规配组后组内单体电池容量-老化时间曲线图；
图6为常规配组与本发明配组循环测试使用后组内压差极值直方图；
图7为常规配组与本发明配组循环测试使用后组内容差极值直方图。
具体实施方式
锂离子电池在放电过程中会不断产生热量，随着电池电压的不断下降，锂离子电池产热量不断上升，因此锂离子电池主体温度可以表征电池动态放电情况。本发明通过观测锂离子电池放电至[1/2(上限电压-下限电压)+下限电压]时电池温度，并以此为依据对电池进行分组，将电池放电动态指标值引入常规静态配组中，使得电池配组一致性更高。本发明方法设置两次振动高温老化步骤，通过不同频率、不同振幅的振动，加速了电池内部副反应的进行，使得电池内部更快达到稳定状态，同时也加速了电池间差异性的表现，提高了电池配组的一致性。将第一次振动高温老化后电池容量、放电过程温度、第二次振动高温后内阻、电压作为分组标准，实现电池配组。其中容差为0.3％、放电温差为0.8％、阻差为3mΩ、压差为3mV。
以下以18650-3000mAh锂电池为例，取3支/组电池组1组，提供一个具体的实施例。
图1为18650-3000mAh锂电池放电过程中电池主体温度随放电过程中电池电压变化曲线图，可知锂电池放电时电池主体温度会随电池电压下降而不断上涨，本发明通过记录电池放电至3.6(即：1/2(4.2-3.0)+3.0)V时电池主体温度作为配组参数之一，通过将电池放电过程动态指标值引入静态配组中，达到提高电池配组一致性的目的。
步骤1：将化成后的电池放到高温老化间内，进行一次振动高温老化。一次高温振动老化分四个阶段进行：第一阶段：温度40-45℃、振动频率50Hz、振动幅度0.8mm、振动时间1天；
第二阶段：温度：40-45℃、振动频率50Hz、振动幅度0.8mm、振动时间4h与振动频率30Hz、振动幅度1.0mm、振动时间4h交替进行48h；
第三阶段：温度40-45℃、振动频率：30Hz、振动幅度1.0mm、振动时间12h；
第四阶段：温度40-45℃、振动频率30Hz、振动幅度0.8mm、振动时间12h。其中，第一阶段通过使用高频低幅振动及高温环境，对电池进行激化，使电池内部各类物料充分接触，加速电池内部副反应进行，使得电池内部各类物料处于高活性状态；第二阶段通过交替使用高频低幅和低频高幅振动方式及高温环境，使得电池内部各类物质更加充分接触反应，进而使得电池内部副反应进行更加彻底，电池老化更加充分；第三、第四阶段通过使用两次低频降幅振动及高温环境，一方面进一步推动电池内部副反应进行，另一方面通过减小电池振动幅度，也使得电池处于较为稳定状态，更有利于电池后续配组筛选，达到提升成组电芯一致性的目的。
步骤2：将老化结束后的锂离子电池常温搁置24h，使得电池主体温度恢复到常温状态，而后进行容量测试和放电过程温度测试，记录电池放电容量和放电过程电池温度，并对电池进行标记。其中容量测试流程为：1500mA恒流放电至3.0V；搁置10分钟；600mA恒流恒压充电至4.2V，截止电流30mA；搁置10分钟；600mA恒流放电至3.0V(记录此工步放电容量作为分组容量)；搁置10分钟。放电过程温度测试：记录第二次放电至3.6V时(即1/2(4.2-3.0)+3.0)V时电池主体温度。
步骤3：将放电容量和放电过程温度测试标记后的电池以600mA电流恒流恒压补电至3.9V，截止电流30mA。
步骤4：将补电后电池再次放入高温老化间内，进行二次振动高温老化。二次高温振动老化分五个阶段进行：第一阶段：温度40-45℃、振动频率50Hz、振动幅度0.8mm、振动时间2天；
第二阶段：温度：40-45℃、振动频率50Hz、振动幅度0.8mm、振动时间4h与振动频率40Hz、振动幅度0.9mm、振动时间4h交替进行1天；
第三阶段：温度40-45℃、振动频率40Hz、振动幅度0.9mm，振动时间4h与振动频率30Hz、振动幅度1.0mm、振动时间4h交替进行2天；
第四阶段：温度：40-45℃、振动频率30Hz、振动幅度1.0mm、振动时间1天；
第五阶段：温度：40-45℃、振动频率30Hz、振动幅度0.8mm、振动时间1天。其中，第一阶段通过使用高频低幅振动及高温环境，对电池进行激化，使电池内部各类物料充分接触，加速电池内部副反应进行，使得电池内部各类物料处于高活性状态；第二阶段通过交叉使用高频低幅和低频高幅振动方式及高温环境，使得电池内部各类物质更加充分接触反应，进而使得电池内部副反应进行更加彻底，电池老化更加充分；第三阶段通过进一步降低振动频率，继续使用高频低幅和低频高幅振动方式及高温环境推动电池副反应的发生，增加电池间差异性的凸显；第四阶段、第五阶段通过使用两次低频降幅振动方式及高温环境，一方面进一步推动电池内部副反应进行，另一方面通过减小电池振动幅度，也使得电池处于较为稳定状态，更有利于电池后续配组筛选，达到提升成组电芯一致性的目的。
步骤5：将高温老化结束后电池常温搁置24h，使得电池主体温度恢复到常温状态，而后测量并记录电池静态电压、内阻，并对电池进行标记。
步骤6：将二次老化后测量到的静态电压、内阻与步骤2中测得的电池容量、放电温度作为配组依据，对电池进行分组，完成配组。其中设定：容差为0.3％、放电温差为0.8％、阻差为3mΩ、压差为3mV。
将使用常规配组方法配组后的3支/组的1组电池18650-3000电池性能与本发明所使用的配组方法配组后的电池性能进行对比。常规配组方法为：将化成后电池进行高温老化；老化结束后将电池进行分容，分容后电池按照一定容差进行分组，将分组电池进行二次高温老化，老化结束后将电池进行电压、内阻测试，依据电池电压、内阻数据按照一定规则对电池进行配组处理。
通过对比使用常规配组方法得到的电池组与使用本发明温度配组方法得到的电池组电芯在不同老化时间后电池组内单体电池的压差极差、剩余容量极差变化情况，以确定电池组内部单体电池的一致性情况。如图2、图3所示，电池经过7天高温老化，同一时刻使用温度配组方法获得的电池组组内电芯电压极差最大值为2mV，电芯电压分布较为集中，使用常规配组方式获得的电芯组组内电池电压极差最大值为5mV，电芯电压分布较为分散，对比显示，使用本发明温度配组可有效提高成组电芯电压一致性。如图4、图5中所示，电池经过7天高温老化，同一时刻使用温度配组方法获得的电池组组内电芯容量极差最大值为2.03mΩ，电芯容量分布较为集中，使用常规配组方式获得的电池组组内电芯电压极差为5.46mΩ，电芯容量分布较为分散，对比可知，使用本发明温度配组可有效提高成组电芯容量一致性。可以得出使用本发明温度配组方法配组能够有效加速电池内部副反应的发生，进而增加电池间差异性的凸显、降低配组难度，有效提高电池组内单体电芯性能的一致性。
通过对比使用常规配组方法得到的电池组与使用本发明温度配组方法得到的电池组电芯在进行不同循环周数测试后电池组内单体电池的压差极差变化、容量极差情况，以确定电池组内部单体电池的一致性情况。如图6所示，电池经过20周循环测试，同一循环周数时使用温度配组方法获得的电池组组内电芯电压极差小于使用常规配组方式获得的电芯组组内电池电压极差值，电芯电压分布较为分散，对比可知通过使用本发明温度配组可有效提高成组电芯电压一致性。如图7所示，电池经过20周循环测试，同一循环周数时使用温度配组方法获得的电池组组内电芯容量极差值小于使用常规配组方式获得的电芯组组内电池容量极差值，电芯电压容量较为分散，对比可知通过使用本发明温度配组可有效提高成组电芯容量一致性。同样可以得出本发明温度配组方法配组能够有效加速电池内部副反应的发生，进而增加电池间差异性的凸显、降低配组难度，有效提高电池组内单体电芯性能的一致性，延长电池组的使用寿命。

Claims (4)

1.一种锂电池配组方法，其特征在于，所述方法通过记录电池放电至3 .6V时电池主体温度作为配组参数之一，通过将电池放电过程动态指标值引入静态配组中，达到提高电池配组一致性的目的，所述方法包括如下步骤：
a、将化成后的锂离子电池放到高温老化间内进行一次振动高温老化；
b、将一振动高温老化结束后的锂离子电池常温搁置24h，而后进行容量测试和放电过程温度测试，记录电池放电容量和放电过程电池温度，并对锂离子电池进行标记；
c、将放电容量和放电过程电池温度标记后的锂离子电池以0.2C电流恒流恒压补电至3.9V，截止电流0.01C；
d、将补电后锂离子电池再次放入高温老化间内进行二次振动高温老化；
e、将二次振动高温老化结束后的锂离子电池常温搁置24h，而后测量并记录电池静态电压、内阻，并对电池进行标记；
f、将二次振动老化后测量得到的静态电压、内阻与步骤b中测得的电池容量、放电过程放电温度作为配组依据，对电池进行分组，完成配组；
所述步骤a中一次振动高温老化标准为：
第一阶段：温度 40-45℃、振动频率 50Hz、振动幅度 0.8mm、振动时间 1天；
第二阶段：温度：40-45℃、振动频率 50Hz、振动幅度 0.8mm、振动时间 4h与振动频率30Hz、振动幅度 1.0mm、振动时间 4h交替进行48h；
第三阶段：温度 40-45℃、振动频率：30Hz、振动幅度 1.0mm、振动时间12h；
第四阶段：温度 40-45℃、振动频率 30Hz、振动幅度 0.8mm、振动时间12h；
所述步骤d中振动高温老化标准为：
第一阶段：温度 40-45℃、振动频率 50Hz、振动幅度 0.8mm、振动时间2天；
第二阶段：温度：40-45℃、振动频率 50Hz、振动幅度 0.8mm、振动时间4h与振动频率40Hz、振动幅度 0.9mm、振动时间 4h交替进行1天；
第三阶段：温度 40-45℃、振动频率 40Hz、振动幅度 0.9mm、振动时间4h与振动频率30Hz、振动幅度 1.0mm、振动时间 4h交替进行2天；
第四阶段：温度：40-45℃、振动频率 30Hz、振动幅度 1.0mm、振动时间1天；
第五阶段：温度：40-45℃、振动频率 30Hz、振动幅度 0.8mm、振动时间1天；
所述步骤f中分组标准为：容差为标称容量的0.3%、温差为0.8%、内阻差为3mΩ、电压差为3mV。
2.根据权利要求1所述的锂电池配组方法，其特征在于：所述步骤b中，容量测试流程为：静置10分钟；0.5C放电至截止电压；静置10分钟；0.2C恒流充电至截止电压，而后以截止电压恒压充电至截止电流0.01C；静置10分钟；以实际使用电流恒流放电至截止电压，放电结束后记录电池放电容量并对电池进行标记。
3.根据权利要求2所述的锂电池配组方法，其特征在于：所述步骤b中，放电过程温度测试方法如下：按照电池实际使用电流对电池做放电测试，记录电池放电至[1/2（上限电压-下限电压）+下限电压]时电池主体的温度，并对电池进行标记。
4.根据权利要求3所述的锂电池配组方法，其特征在于：所述步骤b和步骤e中常温搁置时温度为25±5℃，以便电池内部温度恢复至常温，以达到放电过程温度检测的准确性。
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