CN114082680A - 一种优化锂电池模组循环性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种优化锂电池模组循环性能的方法，包括以下步骤：步骤1、测试电芯获得每个电芯的不可逆容量和可逆容量；步骤2、计算每个电芯的不可逆容量和可逆容量比值；步骤3、选择比值在设定范围内的电芯制备锂电池模组。本发明的优点在于从电芯单体一致性的角度，设计电芯的分选方案，优化成组电芯循环衰减的一致性，提高模组循环性能。

Description

一种优化锂电池模组循环性能的方法
技术领域
本发明涉及储能及动力用锂离子电池及模组生产领域。
背景技术
一般而言，锂离子电池单电芯的放电平台都在3-4V，而储能或动力应用领域的功率需求较大，需要对电芯单体进行串联成为模组，以提高使用电压。对于串联的电芯，行业内通常以单体电压作为截止条件以防止单个电芯的过充及过放。因此，当模组中一个电芯容量衰减较大时，会影响整个模组的循环寿命。保持模组内每个单体电芯的循环衰减趋势一致，是行业内亟待优化的问题。
然而，在工业生产的过程中，环境、设备、人员等各因素都会影响单体电芯的一致性，绝大多数一致性的差异都会表现在容量、压差等直观的测试结果上，而涂层的微观差异很难通过充放电测试表现出来且在后期使用中会导致循环衰减趋势发生差异。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种通过现有电性能测试的方式对循环衰减的趋势进行预判，并以此为依据分选电芯，优化模组循环的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种优化锂电池模组循环性能的方法，包括以下步骤：
步骤1、测试电芯获得每个电芯的不可逆容量和可逆容量；
步骤2、计算每个电芯的不可逆容量和可逆容量比值；
步骤3、选择比值在设定范围内的电芯制备锂电池模组。
所述步骤1中，包括以下步骤：
1)准备已经封装完成并注液的电芯；
2)在高温环境下进行成化测试的充放电步骤；
3)在常温环境下进行容量测试的充放电步骤；
4)计算该电芯的不可逆容量和可逆容量。
所述步骤2)的高温环境是温度控制在50±3℃，湿度控制在10±2％RH相对湿度，所述步骤3)的常温环境是温度控制在25±3℃。
所述步骤2)的成化测试结束后，测试电芯静止至少6h使温度下降至25±3℃。
所述步骤2)化成充电容量记为CC1；
所述步骤3)中容量测试先进行CC模式充电，在进行CV模式充电，之后进行放电，放电后再进行CC模式充电，最后进行第二次放电，其中第一次CC模式充电的充电容量记为CC2，CV模式充电的充电容量记为CC3，第二次CC模式充电的充电容量记为CC4，
所述步骤4)中不可逆容量和可逆容量的比值：
r＝(CC1+CC2+CC3-CD1-CD2)/(CD1+CD2)。
一种锂电池模组，由多个电芯组合构成锂电池模组，所述锂电池模组的电芯采用优化锂电池模组循环性能的方法优化。
所述锂电池模组为储能及动力用锂离子电池，所述锂电池模组由液态电解液型锂电池制造工艺生产。
本发明的优点在于从电芯单体一致性的角度，设计电芯的分选方案，优化成组电芯循环衰减的一致性，提高模组循环性能。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：
图1为优化锂电池模组循环性能的方法流程图；
图2为模组循环压差图；
图2中A部分为普通分组，B部分为优化分组。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
电芯阴阳极界面是影响电芯循环重要因素，原材料的来料形貌波动、生产公差等因素会导致电极涂层的微观形貌产生差异。这种差异会在电芯反复的充放电中逐渐凸显，并在循环寿命上表现出来。
为在成组前及时识别这种差异，需要通过电性能测试的方法，测量其不可逆容量和可逆容量的比值。不可逆容量的产生主要归因于负极表面SEI膜的消耗，不同界面形貌的差异会影响SEI膜的成膜过程，从而影响不可逆容量的占比。通过对待分选电芯该占比的数值，可将界面情况较为一致的电芯组成模组。
本方法适用于目前市场通用的液态电解液型的锂电池制造工艺，括但不限于方形铝壳电芯、圆柱电芯、铝塑膜软包电芯。对于已封装并注液完成的电芯，按照如图1所示步骤进行化成及容量测试流程，以进行模组寿命的优化。
取正常流程工艺生产的以封装并注液的方形铝壳电芯，按如下工步进行化成和容量测试流程。需要注意的是：
1)化成需要控制环境温湿度，温度控制在50±3℃，湿度控制在10±2％RH相对湿度。
2)化成工步后需冷却电芯至25±3℃，以进行容量测试流程，电芯冷却静置时间为6h。
在图1所示流程中，电芯所处的环境温湿度需要进行控制。同时在完成以上流程工步后，需收集化成和容量各步次的充放电容量，以计算不可逆容量和可逆容量。不可逆容量和可逆容量的比值可反映不同电芯单体的界面存在的差异，将比值差异较小的电芯的电芯进行配组，即可优化模组的循环寿命。
图1中化成工步流程如下表；
Figure BDA0003367003780000041
容量工步流程如下表：
Figure BDA0003367003780000042
以上测试工步中，化成第二步次充电容量记为CC1，容量第二、三步次记为CC2、CC3；容量第五步次放电容量记为CD1，容量第七步放电容量记为CD2，并用以下公式进行计算：
r＝(CC1+CC2+CC3-CD1-CD2)/(CD1+CD2)
上式中r为不可逆容量占比，结合压差等常规分组条件，将r值波动较小的电芯成组，即可优化同模组内电芯循环的一致性。
化成工步的描述如下：
以恒定的小电流充电以形成稳定致密的SEI膜，通过控制电流大小及充电时间调控SEI膜的成膜效果。充电结束后通过Q＝I*t的计算方法得到充电容量。该过程应设置保护电压3.8V以控制电池在充电过程中的安全风险。前后搁置以稳定设备电压及电流。
容量工步描述如下：
步骤1：对化成后的电芯以1/3C充电至上限电压，在达到上限电压后，继续保持恒定的电压充电，待电流降低至1/20C后停止充电，此时记录设备收集的充电容量。该过程应设置保护电压3.8V以避免过充带来的安全风险。
步骤2：以1/3C放电至电芯工作的下限电压。此步可获得新鲜电芯的全容量数据。该过程应设置保护电压1.8V以避免过放带来的安全风险。
步骤3：以1/3C充电至3.2V。以3.2V作为电芯长期存储的电压限制。
各步骤之间添加搁置时间以稳定设备的电压及电流。
r值在不同化学体系及生产工艺控制下发生不同程度的波动，控制标准需要以一个批次下线的电芯实际数据为准。建议同模组电芯的r值控制在±0.1％以内。
如图2所示，相比于普通分选流程的模组(A部分)，使用本专利进行优化的模组(B部分)，其放电末端压差随循环的变化趋势明显更优，表明通过数据对其界面进行预测可以使同模组内的电芯循环的一致性得到提升。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种优化锂电池模组循环性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、测试电芯获得每个电芯的不可逆容量和可逆容量；
步骤2、计算每个电芯的不可逆容量和可逆容量比值；
步骤3、选择比值在设定范围内的电芯制备锂电池模组。
2.根据权利要求1所述优化锂电池模组循环性能的方法，其特征在于：所述步骤1中，包括以下步骤：
1)准备已经封装完成并注液的电芯；
2)在高温环境下进行成化测试的充放电步骤；
3)在常温环境下进行容量测试的充放电步骤；
4)计算该电芯的不可逆容量和可逆容量。
3.根据权利要求2所述优化锂电池模组循环性能的方法，其特征在于：所述步骤2)的高温环境是温度控制在50±3℃，湿度控制在10±2％RH相对湿度，所述步骤3)的常温环境是温度控制在25±3℃。
4.根据权利要求3所述优化锂电池模组循环性能的方法，其特征在于：所述步骤2)的成化测试结束后，测试电芯静止至少6h使温度下降至25±3℃。
5.根据权利要求4所述优化锂电池模组循环性能的方法，其特征在于：所述步骤2)化成充电容量记为CC1；
所述步骤3)中容量测试先进行CC模式充电，在进行CV模式充电，之后进行放电，放电后再进行CC模式充电，最后进行第二次放电，其中第一次CC模式充电的充电容量记为CC2，CV模式充电的充电容量记为CC3，第二次CC模式充电的充电容量记为CC4，
所述步骤4)中不可逆容量和可逆容量的比值：
r＝(CC1+CC2+CC3-CD1-CD2)/(CD1+CD2)。
6.一种锂电池模组，其特征在于：由多个电芯组合构成锂电池模组，所述锂电池模组的电芯采用如权利要求1-5所述方法优化。
7.根据权利要求6所述锂电池模组，其特征在于：所述锂电池模组为储能及动力用锂离子电池，所述锂电池模组由液态电解液型锂电池制造工艺生产。
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