CN114122542A - 一种提高磷酸铁锂电池循环寿命的充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高磷酸铁锂电池循环寿命的充电方法，涉及电池充电技术领域，该方法包括以下阶段：第一阶段：确定磷酸铁锂电池循环的最大充电倍率C0；第二阶段：根据最大充电倍率C0确定大倍率充电第一段截止电压U0和最大截止电压Umax；第三阶段：先按照标准充电倍率C标恒流充至最大截止Umax，然后按照放电倍率C标放电至预设截止电压U1，分出原始容量C1，再按照最大充电倍率C0，恒流充电至截止U0，标准放电电流放电分出容量C2，计算此时磷酸铁锂电池的电芯电量SOC，其中U1＜U0；第四阶段：以C3恒流充到SOC，再以C4、Umax恒流恒压充到满电，其中C4＜C3。该方法可以相应提升圆柱磷酸铁锂材料电池的循环，同时也可适当缩短电池实际的充电时间。
Description
技术领域
本发明涉及电池充电技术领域，具体讲是一种提高磷酸铁锂电池循环寿命的充电方法。
背景技术
锂离子电池是锂离子电池(Lithium-ion Battery)是20世纪90年代初出现的新型绿色环保化学电源。它具有电压高，比能量大，放电电压平稳，循环性能好，安全性能优以及贮存和工作寿命长等优点，是目前化学电源行业的最新发展方向之一，而圆柱电池作为动力电池运用较广，涉及领域较多，如电动自行车，电动汽车、电钻等。
目前电池在市场上运用如此之大，而人们的消费观念也在发生着变化，充电快、耐用、安全、续航里程长是目前普通消费普遍需求，而要解决上述问题，电池上引进了快充技术和提高单体电池的能量密度，是解决上述问题的途径之一，而快充技术可以节省电池实际充电时间，提高单体电池的能量密度，可以增加电池或电池组的续航里程，而磷酸铁锂材料电池有其独特的优势，安全，循环寿命长等特点，但同时磷铁压实低，全电池能量密度低，为了提高单体电池能量密度和充电速度的过程中，就容易造成结构的破坏，从而缩短其循环寿命。
现有技术中对于磷酸铁锂电池普遍采用0.5C电流标准充电方式，充电时间长，而且循环寿命相对较低。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种提高磷酸铁锂电池循环寿命的充电方法。
本发明的技术解决方案如下：
一种提高磷酸铁锂电池循环寿命的充电方法，至少包括以下阶段：
第一阶段：确定磷酸铁锂电池循环的最大充电倍率C0；
第二阶段：根据最大充电倍率C0确定大倍率充电第一段截止电压U0和最大截止电压Umax；
第三阶段：先按照标准充电倍率C标恒流充至最大截止Umax，然后按照C标放电倍率放电至预设截止电压U1，分出原始容量C1，再按照最大充电倍率C0，恒流充电至截止第一段截止电压U0，标准放电倍率放电至预设截止电压U1，分出容量C2，计算出此时磷酸铁锂电池的电芯电量SOC，SOC＝C2/C1×100％，其中U1＜U0＜Umax；
第四阶段：以C3恒流充到SOC，再以C4、Umax恒流恒压充到满电，其中C4＜C3。
作为本发明的优选方案，所述C标＝0.5C。
作为本发明的优选方案，所述第一阶段中，最大充电倍率C0的确定方法为：用多个磷酸铁锂电池采用不同倍率的电流充电，充电截止电压相同，循环n1周，根据磷酸铁锂电池的负极极片界面是否析锂确定其循环的最大充电倍率C0。
作为本发明的优选方案，n1≥50。
作为本发明的优选方案，所述第二阶段中，根据第一阶段确定的最大充电倍率C0，充不同的电压，并循环n2周，根据拆解磷酸铁锂电池的负极极片界面有无析锂确定最大截止电压Umax。
作为本发明的优选方案，n2≥100。
作为本发明的优选方案，所述第四阶段中，C3≤0.2C，C4≤0.1C。
本发明的有益效果是：本发明通过分阶段式充电，即采用大的电流脉冲充电，再转为小电流充电，缩短了充电时间，同时减小大电流充电带来的负极表面离子浓度的增加，从而减小还原锂析出的可能，同时还会减小大电流充电带来的极化，持续循环下极化现像明显，从而提高电池电芯的循环寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有技术中标准充电电芯充满电的电流-电压-时间关系图；
图2为本发明充电方式的电流-电压-时间关系图；
图3位本发明充电方式和标准0.5C直通式充电循环咒术-容量保持率关系图。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是；充放电倍率＝充放电电流/额定容量，例如：额定容量为100Ah的电池用50A放电时，其放电倍率为0.5C，C的含义1A/Ah。
一种提高磷酸铁锂电池循环寿命的充电方法，至少包括以下阶段：
第一阶段：确定磷酸铁锂电池循环的最大充电倍率C0；
第二阶段：根据最大充电倍率C0确定大倍率充电第一段截止电压U0和最大截止电压Umax；
第三阶段：先按照标准充电倍率C标恒流充至最大截止Umax，然后按照C标放电倍率放电至预设截止电压U1，分出原始容量C1，再按照最大充电倍率C0，恒流充电至截止第一段截止电压U0，标准放电倍率放电至预设截止电压U1，分出容量C2，计算出此时磷酸铁锂电池的电芯电量SOC，SOC＝C2/C1×100％，其中U1＜U0＜Umax；
第四阶段：以C3恒流充到SOC，再以C4、Umax恒流恒压充到满电，其中C4＜C3。
优选地，所述C标＝0.5C。
优选地，所述第一阶段中，最大充电倍率C0的确定方法为：用多个磷酸铁锂电池采用不同倍率的电流充电，充电截止电压相同，循环n1周，根据磷酸铁锂电池的负极极片界面是否析锂确定其循环的最大充电倍率C0。
优选地，n1≥50。
优选地，所述第二阶段中，根据第一阶段确定的最大充电倍率C0，充不同的电压，并循环n2周，根据拆解磷酸铁锂电池的负极极片界面有无析锂确定最大截止电压Umax。
优选地，n2≥100。
优选地，所述第四阶段中，C3≤0.2C，C4≤0.1C。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种提高高能量密度磷酸铁锂电池充电方法，其制造步骤如下：
步骤1.正极制作：原料包括磷酸铁锂材料95.9wt％，导电剂碳纳米管1wt％，聚偏二氟乙烯2.1wt％，炭黑1wt％，溶剂为N-甲基吡咯烷酮，先将溶剂与聚偏二氟乙烯混合打成胶状，再加入碳纳米管，制成导电胶，待用，之后把磷酸铁锂材料与碳黑干混后，分步加入导电胶混合，控制每一步搅拌料的固含量55％，制成磷酸铁锂正极片；
步骤2.负极制作：原料为：石墨96.2wt％，导电剂碳黑1.2wt％，羧甲基纤维素钠1.2wt％，50％固含量的丁苯橡胶2.8wt％，溶剂为水，采用干湿法结合的配料工艺(即先水与羧甲基纤维素钠制成胶液，待用；干粉料石墨与碳黑混合后，分步加胶液和丁苯橡胶搅拌)，控制每一步搅拌料的固含量52％，制成磷酸铁锂负极片；
步骤3.依序通过以下工序：组装、化成、老化、分容、配组筛选出合格电芯；
步骤4.拿配组容量、电压、内阻合格的电芯上柜循环。
充电方法第一阶段：用多个电池采用不同倍率0.5-2C充电，充电截止电压相同，进行50次循环，见表1，根据循环后拆解负极极片的界面有无析锂，确定其循环的最大充电倍率C0。
表1电池在不同充电倍率下循环50周的实验结果
| 实验电池序号 | 充电倍率 | 放电倍率 | 负极界面析锂 | 充满电电时间(min) |
| 1# | 0.5C | 1C | 否 | 144 |
| 2# | 1C | 1C | 否 | 72 |
| 3# | 1.2C | 1C | 否 | 60 |
| 4# | 1.5C | 1C | 否 | 48 |
| 5# | 1.8C | 1C | 是 | 40 |
| 6# | 2.0C | 1C | 是 | 36 |
从表1中可以看出，在1.8C充电电流循环50周，负极极片出现析锂，因此，确定C0为1.5C。
充电方法第二阶段：根据第一阶段确定的最大充电倍率C0，充不同的电压，并进行100周循环，实验结果见表2，拆解电芯确认负极界面有无析锂。
表2电池在不同充电电压下循环100周的实验结果
| 实验电池序号 | 充电倍率 | 截止电压 | 负极析锂 |
| 2-1# | 1.5C | 3.0 | 否 |
| 2-2# | 1.5C | 3.1 | 否 |
| 2-3# | 1.5C | 3.2 | 否 |
| 2-4# | 1.5C | 3.3 | 否 |
| 2-5# | 1.5C | 3.4 | 否 |
| 2-6# | 1.5C | 3.65 | 是 |
从表2可以看出，在最大充电倍率C0条件下，充电电压在3.65V时多次循环后出现锂枝晶，最大截止电压Umax为3.65V，大倍率充电第一段截止电压U0为3.4V。
充电方法第三阶段：先按标准充电倍率0.5C充放截止2.0V，采用分容柜分出原始容量C1，再按最大充电倍率1.5C，充电截止电压U03.4V，用分容柜标准放电倍率0.5C截止2.0V，分出放电容量C2，计算此时电芯电量SOC，SOC＝C2/C1×100％。
表3电池按照不同充电电流的实验结果
从表3可以看出，在充电电流为1.8C充到90％电量时，电芯负极出现析锂，因此，确定最大充电倍率为1.5C。
充电方法第四阶段：以0.2C恒流充到SOC，再以0.1C恒流恒压充到满电。
通过以上四阶段充电方法，可以相应提升圆柱磷酸铁锂材料电池的循环，同时也可缩短电池实际的充电时间。
同时对上述制得的磷酸铁锂电池按照0.5C标准电流直通式充电和本发明的阶段式充电进行性能测试，见图1-3。
图1为0.5C标准电流直通式充电的电压-电流-时间关系图，图2为本发明实施例1的分阶段充电的电压-电流-时间关系图，从两图可以看出，本发明的分阶段充电时间(40min)较0.5C标准直通式充电时间(100min)大大缩短，图3为本发明分阶段式充电和标准0.5C直通式充电循环周数与容量保持率的关系图，图3中可以看出，0.5C直通式充电在400周左右达到80％保持率，而本发明分阶段式充电循环800周以上容量保持率仍在80％以上，循环寿命至少提高了1倍。
在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种提高磷酸铁锂电池循环寿命的充电方法，其特征在于，至少包括以下阶段：
第一阶段：确定磷酸铁锂电池循环的最大充电倍率C0；
第二阶段：根据最大充电倍率C0确定大倍率充电第一段截止电压U0和最大截止电压Umax；
第三阶段：先按照标准充电倍率C标恒流充至最大截止Umax，然后按照C标放电倍率放电至预设截止电压U1，分出原始容量C1，再按照最大充电倍率C0，恒流充电至截止第一段截止电压U0，标准放电倍率放电至预设截止电压U1，分出容量C2，计算出此时磷酸铁锂电池的电芯电量SOC，SOC＝C2/C1×100％，其中U1＜U0＜Umax；
第四阶段：以C3恒流充到SOC，再以C4、Umax恒流恒压充到满电，其中C4＜C3。
2.根据权利要求1所述的一种提高磷酸铁锂电池循环寿命的充电方法，其特征在于，所述C标＝0.5C。
3.根据权利要求1所述的一种提高磷酸铁锂电池循环寿命的充电方法，其特征在于，所述第一阶段中，最大充电倍率C0的确定方法为：用多个磷酸铁锂电池采用不同倍率的电流充电，充电截止电压相同，循环n1周，根据磷酸铁锂电池的负极极片界面是否析锂确定其循环的最大充电倍率C0。
4.根据权利要求3所述的一种提高磷酸铁锂电池循环寿命的充电方法，其特征在于，n1≥50。
5.根据权利要求1所述的一种提高磷酸铁锂电池循环寿命的充电方法，其特征在于，所述第二阶段中，根据第一阶段确定的最大充电倍率C0，充不同的电压，并循环n2周，根据拆解磷酸铁锂电池的负极极片界面有无析锂确定最大截止电压Umax。
6.根据权利要求5所述的一种提高磷酸铁锂电池循环寿命的充电方法，其特征在于，n2≥100。
7.根据权利要求1所述的一种提高磷酸铁锂电池循环寿命的充电方法，其特征在于，所述第四阶段中，C3≤0.2C，C4≤0.1C。
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