CN115189055A - 一种锂离子电池阶梯限压快速充电方法 - Google Patents

一种锂离子电池阶梯限压快速充电方法 Download PDF

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贾秋荣
王猛
冯元
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池阶梯限压快速充电方法，通过对锂离子电池进行三个梯度的变电流阶梯限压充电，并设计三个梯度的充电倍率与相应的充电截止电压，提高了锂离子电池的充电效率，并应用于锂离子电池分容工艺的最后充电过程中，可缩短锂电池分容的最后充电时间，进而提高生产效率，缩短生产周期。

Description

一种锂离子电池阶梯限压快速充电方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池充电技术领域，特别是一种锂离子电池阶梯限压快速充电方法。
背景技术
锂离子电池在生产过程中，通过锂离子电池分容，对锂离子电池进行容量分选、性能筛选分级，进而确定锂离子电池的质量等级。锂离子电池分容是电池制造的重要工序，分容工序主要包括对电池进行充电-放电-充电过程，实际生产中，为保证分容后电压的一致性，锂电池分容最后充电过程通常采用0.5C的充电倍率与恒流恒压工艺对电池进行充电，但传统的恒流恒压工艺过程用时较长，影响生产周期。需要开发新的充电工艺，缩短锂电池分容的最后充电时间，提高生产效率，缩短生产周期。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种锂离子电池阶梯限压快速充电方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种锂离子电池阶梯限压快速充电方法，具体通过以下步骤实现：
步骤1，确定锂离子电池的半电静态压降；
步骤2，采用预设的第一梯度充电倍率对锂离子电池进行恒流充电，使锂离子电池的电压达到第一梯度充电截止电压；
步骤3，采用预设的第二梯度充电倍率对锂离子电池进行恒流充电，使锂离子电池的电压达到第二梯度充电截止电压；
步骤4，采用预设的第三梯度充电倍率对锂离子电池进行恒流充电，使锂离子电池的电压达到第三梯度充电截止电压，再静置5分钟；
步骤5，采用预设的第三梯度充电倍率对锂离子电池进行恒流恒压充电，使锂离子电池的电压达到预设的截止电压，当截止电流倍率达到0.02C时完成充电。
更进一步的技术方案是，所述步骤1中锂离子电池的半电静态压降具体通过以下步骤得到：
步骤1.1，对锂离子电池按0.5C的放电倍率放电至3V；
步骤1.2，对锂离子电池按0.5C的充电倍率恒流充电至50％的电池容量，静置5分钟；
步骤1.3，记录锂离子电池压降，截取静置5分钟时的电池压降为锂离子电池的半电静态压降。
更进一步的技术方案是，所述步骤2中的第一梯度充电倍率为0.5C，第一梯度充电截止电压按以下公式计算：U1＝U+△U-5-△U2-△U1，式中U1为第一梯度充电截止电压，U为预设的截止电压，△U为半电静态压降，△U2为0至5mV的范围电压；△U1为5至10mV的范围电压。
更进一步的技术方案是，所述步骤3中第二梯度充电倍率为0.4C，第二梯度充电截止电压按以下公式计算：U2＝U+△U-5-△U2，式中U2为第二梯度充电截止电压，U为预设的截止电压，△U为半电静态压降，△U2为0至5mV的范围电压。
更进一步的技术方案是，所述步骤4中第三梯度充电倍率为0.33C，第三梯度充电截止电压按以下公式计算：U3＝U+△U-5，式中U3为第三梯度充电截止电压，U为预设的截止电压，△U为半电静态压降。
更进一步的技术方案是，所述锂离子电池的正极材料为三元镍钴锰材料或者钴酸锂材料。
更进一步的技术方案是，其特征在于：所述阶梯限压快速充电方法适用于锂离子电池分容工艺的最后充电过程中。
本发明具有以下优点：
(1)本发明通过对锂离子电池进行三个梯度的变电流阶梯限压充电，并设计三个梯度的充电倍率与相应的充电截止电压，提高了锂离子电池的充电效率。
(2)本发明用于锂离子电池分容工艺的最后充电过程中，可缩短锂电池分容的最后充电时间，进而提高生产效率，缩短生产周期。
附图说明
图1是本发明的充电过程流程图；
图2是本发明与传统方法的充电对比曲线。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1至图2所示，本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种锂离子电池阶梯限压快速充电方法，具体通过以下步骤实现：
步骤1，确定锂离子电池的半电静态压降△U；
步骤2，采用预设的第一梯度充电倍率I1对锂离子电池进行恒流充电，使锂离子电池的电压达到第一梯度充电截止电压U1；
步骤3，采用预设的第二梯度充电倍率I2对锂离子电池进行恒流充电，使锂离子电池的电压达到第二梯度充电截止电压U2；
步骤4，采用预设的第三梯度充电倍率I3对锂离子电池进行恒流充电，使锂离子电池的电压达到第三梯度充电截止电压U3，再静置5分钟；
步骤5，采用预设的第三梯度充电倍率I3对锂离子电池进行恒流恒压充电，使锂离子电池的电压达到预设的截止电压U，当截止电流I达到0.02C时完成充电。
更进一步的技术方案是，步骤1中锂离子电池的半电静态压降具体通过以下步骤得到：
步骤1.1，对锂离子电池按0.5C的放电倍率放电至3V；
步骤1.2，对锂离子电池按0.5C的充电倍率恒流充电至50％的电池容量SOC，静置5分钟；
步骤1.3，记录锂离子电池压降，截取静置5分钟时的电池压降为锂离子电池的半电静态压降△U。
本实施例中，步骤2中的第一梯度充电倍率I1为0.5C，第一梯度充电截止电压U1的计算公式为：U1＝U+△U-5-△U2-△U1，其中△U2的范围为0～5mV，△U1范围为为5～10mV。
本实施例中，步骤3中第二梯度充电倍率I2为0.4C，第二梯度充电截止电压U2按以下公式计算：U2＝U+△U-5-△U2,其中△U2的范围为0～5mV。
本实施例中，步骤4中第三梯度充电倍率I3为0.33C，第三梯度充电截止电压U3按以下公式计算：U3＝U+△U-5。
本实施例中，锂离子电池的正极材料为三元镍钴锰材料或者钴酸锂材料。
本实施例中，阶梯限压快速充电方法适用于锂离子电池分容工艺的最后充电过程中，对锂离子电池进行分容时，先按正常工艺对待分容的电池进行充电-放电，再采用本发明中的阶梯限压快速充电方法进行最后的充电，可有效降低充电时间，进而提高生产效率，缩短生产周期。
充电倍率是充电快慢的一种量度，是指电池在规定的时间内充电至其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数，即“充电电流/电池额定容量＝充电倍率”，C是指电池的额定容量，1C表示充电速度为1小时将电池的容量充满，充电倍率为0.33C表示充电速度为3小时将电池的容量充满。
本实施例中，为了进一步比较本发明中的阶梯限压快速充电方法和传统的恒流恒压工艺的充电效果，进行对比实验如下：
制作NCM523三元电池5000pcs，根据表1参数进行实验，选择传统的恒流恒压工艺为方案A，本发明中的阶梯限压快速充电方法为方案B，分别记录锂电池的充电时间-电压-电流的曲线如图2所示，从图2中可以看出，本发明中的阶梯限压充电工艺方案B的用时为65-75min，而现有恒流恒压工艺方案A的用时为110-120min，从而验证了本发明的充电方法可有效缩短充电时间，进而提高了生产效率。
表1不同充电工艺实验方案
Figure BDA0003741857440000061
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锂离子电池阶梯限压快速充电方法，其特征在于：具体通过以下步骤实现：
步骤1，确定锂离子电池的半电静态压降；
步骤2，采用预设的第一梯度充电倍率对锂离子电池进行恒流充电，使锂离子电池的电压达到第一梯度充电截止电压；
步骤3，采用预设的第二梯度充电倍率对锂离子电池进行恒流充电，使锂离子电池的电压达到第二梯度充电截止电压；
步骤4，采用预设的第三梯度充电倍率对锂离子电池进行恒流充电，使锂离子电池的电压达到第三梯度充电截止电压，再静置5分钟；
步骤5，采用预设的第三梯度充电倍率对锂离子电池进行恒流恒压充电，使锂离子电池的电压达到预设的截止电压，当截止电流倍率达到0.02C时完成充电。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池阶梯限压快速充电方法，其特征在于：所述步骤1中锂离子电池的半电静态压降具体通过以下步骤得到：
步骤1.1，对锂离子电池按0.5C的放电倍率放电至3V；
步骤1.2，对锂离子电池按0.5C的充电倍率恒流充电至50％的电池容量，静置5分钟；
步骤1.3，记录锂离子电池压降，截取静置5分钟时的电池压降为锂离子电池的半电静态压降。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池阶梯限压快速充电方法，其特征在于：所述步骤2中的第一梯度充电倍率为0.5C，第一梯度充电截止电压按以下公式计算：U1＝U+△U-5-△U2-△U1，式中U1为第一梯度充电截止电压，U为预设的截止电压，△U为半电静态压降，△U2为0至5mV的范围电压；△U1为5至10mV的范围电压。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池阶梯限压快速充电方法，其特征在于：所述步骤3中第二梯度充电倍率为0.4C，第二梯度充电截止电压按以下公式计算：U2＝U+△U-5-△U2，式中U2为第二梯度充电截止电压，U为预设的截止电压，△U为半电静态压降，△U2为0至5mV的范围电压。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池阶梯限压快速充电方法，其特征在于：所述步骤4中第三梯度充电倍率为0.33C，第三梯度充电截止电压按以下公式计算：U3＝U+△U-5，式中U3为第三梯度充电截止电压，U为预设的截止电压，△U为半电静态压降。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池阶梯限压快速充电方法，其特征在于：所述锂离子电池的正极材料为三元镍钴锰材料或者钴酸锂材料。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池阶梯限压快速充电方法，其特征在于：所述阶梯限压快速充电方法适用于锂离子电池分容工艺的最后充电过程中。
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