CN114114043B - 一种锂电池循环过程中膨胀检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池循环过程中膨胀检测方法，包括以下步骤：S1、将锂电池与压力检测装置、流量检测装置连接，通过压力检测装置检测锂电池的形变压力，通过流量监测装置检测锂电池外溢气体流量；S2、对锂电池进行循环测试；S3、锂电池开始进行循环测试后，开始采集锂电池循环检测参数，检测参数包括压力值、流量值；S4、对循环测试中收集的锂电池的压力值、流量值进行分析处理，本申请通过气流流量计与锂电池防爆阀连通，进而可以通过防爆阀将循环过程中产生的气体排出并对产生的气体流量进行检测，通过压力检测装置检测电池压力变化，电池循环过程中产生的气体不会增加电池内部压力，进而使得两个产生的检测互不影响，提高了检测的精度。

Description

一种锂电池循环过程中膨胀检测方法

技术领域

本发明涉及电池检测技术领域，具体是一种锂电池循环过程中膨胀检测方法。

背景技术

随着能源的紧缺与环境的恶化，新能源技术正在被越来越多的使用和推广。其中锂离子电池由于它的能量密度高，自放电少，循环性能好，是环境友好型的产品，这些特点导致了锂离子电池的飞速发展。

对于能量型电池，一般认为电池的可用容量衰减到初始容量的80%时，即为寿命终止。电池的寿命包括循环寿命和日历寿命，前者是指电池以一定的充放电制度进行循环至寿命终止的循环次数，后者是指电池在某个状态下存储至寿命终止所需的时间。

锂离子电池由于具有高寿命、高容量被广泛推广使用，但是随着使用时间的延长，其存在鼓胀、安全性能不理想和循环衰减加快的问题也日益严重，引起了锂电界深度的分析和抑制研究。根据实验研发经验，将锂电池鼓胀的原因分为两类，一是电池极片的厚度变化导致的鼓胀；二是由于电解液氧化分解产气导致的鼓胀。在不同的电池体系中，电池厚度变化的主导因素不同，如在钛酸锂负极体系电池中，鼓胀的主要因素是气鼓；在石墨负极体系中，极片厚度和产气对电池的鼓胀均起到促进作用。

现有的锂电池膨胀检测装置或检测方法，仅仅能够检测锂电池的膨胀的程度，对于膨胀过程以及膨胀因素无法提供进一步的检测数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池循环过程中膨胀检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锂电池循环过程中膨胀检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将锂电池与压力检测装置、流量检测装置连接，通过压力检测装置检测锂电池的形变压力，通过流量监测装置检测锂电池外溢气体流量；

S2、对锂电池进行循环测试；

S3、锂电池开始进行循环测试后，开始采集锂电池循环检测参数，所述检测参数包括压力值、流量值；

S4、对循环测试中收集的锂电池的压力值、流量值进行分析处理。

作为本发明进一步的方案：所述S3中电池参数进行检测，电池参数包括电压、电流、放电容量。

作为本发明进一步的方案：所述S3中压力检测装置、流量检测装置在锂电池循环测试时采用间隔采样，相邻采样之间的间隔时间相同，间隔采用采样时间为T。

作为本发明进一步的方案：所述流量计通过间隔采样在锂电池循环测试过程中采集到流量数为L0、L1、L2、L3……LN，间隔时间内流量的变化δL为L1-L0、L2-L1、L3-L2……Ln-Ln-1，用δL/T作为锂电池循环测试过程中的气体产生速率。

作为本发明进一步的方案：所述压力传感器通过间隔采样在锂电池循环测试过程中采集到压力为P0、P1、P2、P3……PN，间隔时间内流量的变化δP为P1-P0、P2-P1、P3-P2……Pn-Pn-1，用δP/T作为锂电池循环测试过程中的压力变化速率。

作为本发明进一步的方案：所述S4中，根据压力检测装置、流量检测装置采集的数据做出锂电池循环测试中气流产生速率与压力变化速率对循环时间的变化曲线图。

作为本发明进一步的方案：所述S4中根据气体产生速率-时间曲线、压力变化速率-时间曲线判断气体因素、压力因素对锂电池产生的影响。

作为本发明进一步的方案：根据S4中压力检测装置包括检测夹具、压力传感器，所述检测夹具包括夹具块，所述夹具块包括平行布置的第一夹具块、第二夹具块、第三夹具块，所述第一夹具块、第二夹具块、第三夹具块通过调节螺杆连接，所述第一夹具块、第二夹具块之间设有压力传感器，通过调节第一夹具块、第二夹具块的位置是的压力传感器的初始压力值为P0，所述第二夹具块与第三夹具块之间设有用于放置被测电池的空间，所述检测夹具上设有气压计。

作为本发明进一步的方案：所述S1中流量监测装置为流量计，流量计与锂电池的防爆阀连接，连接时打开防爆阀，将防爆阀与流量计的接口连通，流量计的初始流量值为L0。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本申请通过气流流量计与锂电池防爆阀连通，进而可以通过防爆阀将循环过程中产生的气体排出并对产生的气体流量进行检测，同时通过压力检测装置检测电池压力变化，此外，电池循环过程中产生的气体不会增加电池内部压力，进而使得两个产生的检测互不影响，提高了检测的精度，而且，循环过程中的极片的膨胀和副反应的产生，在壳体里是无法可视和计算的，通过本申请方法将原本无法可见的过程，通过传感器的传输的数据能够直观地反应循环的动态过程，可以得知在循环的不同阶段气体产生速率和极片发生膨胀的改变规律；

2、本申请通过对电池循环过程中不同影响因素的检查，有助于循环性能的优化，需要提升电池的循环性能时，可以通过本申请方法判断电池劣化的原因，是产气增多还是体积膨胀造成的副反应增加，消耗更多的Li离子造成容量损失，循环性能下降较快，可以在此基础上验证更换电池正负极材料、更换隔膜、更换电解液、调整生产工艺等参数后对电池膨胀的影响；可以在此基础上验证不同的充电策略，不同的循环制度对电池膨胀的影响。

附图说明

图1为循环过程中测试膨胀的装置；

图2为循环过程中测试膨胀装置的侧视图；

图3为实施例1循环充电过程中气流产生变化表；

图4为实施例1循环充电过程中压力变化表。

图中：1-被测电池、2-气压计、3-夹具块、31-第一夹具块、32-第二夹具块、33-第三夹具块、4-压力传感器、5-调节螺杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-4，一种锂电池循环过程中膨胀检测方法，包括以下步骤：

S1、取A品电芯，容量为＞52Ah、电压在2950-3020mV、内阻＜1mΩ、厚度在27.5-28.5mm的电池，电池焊接口处无裂纹，损伤的电池若干只，将锂电池与压力检测装置、流量检测装置连接，通过压力检测装置检测锂电池的形变压力，通过流量监测装置检测锂电池外溢气体流量；

其中，检测夹具包括夹具块3，夹具块3包括平行布置的第一夹具块31、第二夹具块32、第三夹具块33，第一夹具块31、第二夹具块32、第三夹具块33通过调节螺杆5连接，在本实施例中，第一夹具块31与调节螺杆5螺栓连接，第二夹具块32、第三夹具块33与调节螺杆5通孔连接，调节螺杆5在第三夹具块33外侧远离第一夹具块31的一端设有限位装置，可以对调节螺杆5进行限位，因而，当转动调节螺杆5时，第一夹具块31可以沿调节螺杆5的轴线上下运动，第三夹具块33相对调节螺杆5轴向保证固定，第一夹具块31、第二夹具块32之间设有压力传感器4，通过调节第一夹具块31、第二夹具块32的位置是的压力传感器4的初始压力值为P0，第二夹具块32与第三夹具块33之间设有用于放置被测电池的空间，检测夹具上设有气压计2，在检测的过程中，将被测电池1放置在第二夹具块32与第三夹具块33之间，将气压计2与被测电池1连接，通过调整调节螺杆5，使得第一夹具块31向靠近第三夹具块33的方向移动，以挤压压力传感器4、被测电池1，使得压力传感器4的初始压力值为P0，然后即可进行电池循环测试；

流量监测装置为流量计，流量计与锂电池的防爆阀连接，将流量计放置在铝壳电池的防爆阀处，刺破防爆阀，并将防爆阀口处完全封住，流量计的初始流量值为15mL

S2、对锂电池进行循环测试，循环测试工步与流量计和压力传感器同步启动，

S3、锂电池开始进行循环测试后，开始采集锂电池循环检测参数，所述检测参数包括电压U、电流I、放电容量C、气体流量L和压力值P，锂电池循环测试时采用间隔采样，相邻采样之间的间隔时间相同，间隔采用采样时间为T。

S4、对循环测试中收集的锂电池的压力值、流量值进行分析处理。

在锂电池循环测试过程中，流量计不断发出信号，随着副反应逐渐产生，产生气体，流量计的读数不断变化，20mL,26mL,35mL……，间隔时间里产生气体的体积为5mL，6mL，9mL…，与时间的比值为气体产生的速率，如附图3的气体产生变化曲线图上可以看出，气体在充电0-20%SOC区间内，产生的速率较快，此区间内发生的化学反应较多，在后期的充电过程中气体产生的速率较慢；

充电过程负极片的体积会发生膨胀，导致压力传感器的读数不断变化，156Pa，163Pa,170Pa，……，间隔时间里压力传感器增加的压力为，6Pa，7Pa,7Pa……，与时间的比值为压力变化的速率，如附图4中的压力变化表上来看，压力变化值较大处集中在充电70-85%SOC处，说明在充电后期极片的反弹较大；

根据压力检测装置、流量检测装置采集的数据做出锂电池循环测试中气流产生速率与压力变化速率对循环时间的变化曲线图，根据气体产生速率-时间曲线、压力变化速率-时间曲线判断气体因素、压力因素对锂电池产生的影响，在本实施例中，压力传感器和流量计通过导线与数据采集卡相连，数据采集卡对用对压力传感器的压力数据和流量计采集的气体流量数据进行采集，NI-PXI平台用于对数据采集卡传输的数据进行分析，通过电脑使用LabVIEw软件编写的程序和界面对数据进行处理和图形显示，根据测出的数据，可以判断循环提升的方向，当需要改善循环和循环劣化时可依据此数据针对性改善。

对比例1

一种锂电池循环过程中膨胀检测方法，包括以下步骤：

针对A品电芯进行负极材料和电解液配方改善循环的验证，观察相应的气体变化值和压力变化值即可判断负极与电解液改善效果。在充电前期产生的气体变化比对比组更大，说明改善后的电解液造成副反应增加，副反应的生成会造成Li离子消耗，循环性能进一步劣化；在充电后期关注压力值的变化与对比组的差异，压力值在充电末期急剧增加，超过对比组的压力值，则证明改善后的负极在充电末期膨胀急剧增加，变形严重，负极变形严重会造成附着在负极表面的SEI膜的脱落与破裂，从而需要进行SEI膜重组，造成Li离子的进一步消耗，对循环性能的提升有劣化作用。该组实验例证明此组的负极材料和电解液配方改善循环的验证是无效的。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明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发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明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囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种锂电池循环过程中膨胀检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将锂电池与压力检测装置、流量检测装置连接，通过压力检测装置检测锂电池的形变压力，通过流量监测装置检测锂电池外溢气体流量；

S2、对锂电池进行循环测试；

S3、锂电池开始进行循环测试后，开始采集锂电池循环检测参数，所述检测参数包括压力值、流量值；

所述流量检测装置通过间隔采样在锂电池循环测试过程中采集到流量数为L0、L1、L2、L3……LN，间隔时间内流量的变化δL为L1-L0、L2-L1、L3-L2……Ln-Ln-1，用δL/T作为锂电池循环测试过程中的气体产生速率；

所述压力检测装置通过间隔采样在锂电池循环测试过程中采集到压力为P0、P1、P2、P3……PN，间隔时间内流量的变化δP为P1-P0、P2-P1、P3-P2……Pn-Pn-1，用δP/T作为锂电池循环测试过程中的压力变化速率；

S4、对循环测试中收集的锂电池的压力值、流量值进行分析处理，所述S4中根据气体产生速率-时间曲线、压力变化速率-时间曲线判断气体因素、压力因素对锂电池产生的影响。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池循环过程中膨胀检测方法，其特征在于，在所述S3中电池参数进行检测，电池参数包括电压、电流、放电容量。

3.根据权利要求1所述的一种锂电池循环过程中膨胀检测方法，其特征在于，所述S3中压力检测装置、流量检测装置在锂电池循环测试时采用间隔采样，相邻采样之间的间隔时间相同，间隔采用采样时间为T。

4.根据权利要求1所述的一种锂电池循环过程中膨胀检测方法，其特征在于，所述S4中，根据压力检测装置、流量检测装置采集的数据做出锂电池循环测试中气体产生速率-时间曲线、压力变化速率-时间曲线。

5.根据权利要求1所述的一种锂电池循环过程中膨胀检测方法，其特征在于，根据S1中压力检测装置包括检测夹具、压力传感器，所述检测夹具包括夹具块(3)，所述夹具块(3)包括平行布置的第一夹具块(31)、第二夹具块(32)、第三夹具块(33)，所述第一夹具块(31)、第二夹具块(32)、第三夹具块(33)通过调节螺杆(5)连接，所述第一夹具块(31)、第二夹具块(32)之间设有压力传感器(4)，通过调节第一夹具块(31)、第二夹具块(32)的位置是的压力传感器(4)的初始压力值为P0，所述第二夹具块(32)与第三夹具块(33)之间设有用于放置被测电池的空间，所述检测夹具上设有气压计(2)。

6.根据权利要求1所述的一种锂电池循环过程中膨胀检测方法，其特征在于，所述S1中流量检测装置为流量计，流量计与锂电池的防爆阀连接，连接时打开防爆阀，将防爆阀与流量计的接口连通，流量计的初始流量值为L0。