CN117013214A - 一种确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法 - Google Patents

一种确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法，包括：步骤1：获取与磷酸铁锂软包电池注液量相关的参数；分别计算得到正极涂层孔体积V1、负极涂层孔体积V2和隔膜孔体积V3；获取电解液密度ρ电和体积系数Q，并计算得到电解液理论注液量M0；基于电解液理论注液量M0，将电池进行注液和满电拆解；判断经过注液和满电拆解后的电池负极界面是否满足预设条件，如果不满足，则对电解液理论注液量M0按照预设微调量进行微调，直至电池负极界面满足预设条件，得到电解液最终注液量M1。本发明的方法能够对注液量进行微调，从而确定最优注液量，磷酸铁锂软包内最优注液量使电极完全润湿，进而有效提升了电池的性能。

Description

一种确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法
技术领域
本发明属于磷酸铁锂软包电池制造技术领域，更具体地，涉及一种确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法。
背景技术
电解液是锂离子电池的“血液”，其配比及用量是决定电池性能的关键参数。目前锂离子电池的注液，普遍根据行业经验值进行注液量确认。但是，即使是同样的电极材料及用量，不同的压实密度设计也会使电池结构发生巨大的变化，不可能全部按照经验值进行注液。对于软包电池，铝塑膜与电芯紧密贴合，剩余空间极小，电解液基本填充于隔膜及正负极涂层的孔隙之间，即电解液的填充量与电芯的孔隙体积有密切联系。不仅如此，SEI膜的形成以及电池的循环过程中均存在电解液的消耗，这意味着仅填孔可能是不够的，需要额外电解液的加入来保证电池的电化学性能。保液量过低会导致电极润湿不完全，影响SEI膜的形成，增大电池内阻、恶化循环性能；保液量过高会直接导致电池质量能量密度的降低，并可能引发其它各类问题，如库伦效率、漏液、气泡残留等。因此，在其它条件不变的情况下，注液量的合适程度基本决定了电池体系原本性能的发挥程度，而下线电池满电态负极界面金黄无析锂是衡量电池体系设计合理性的一个关键指标。
现有技术中，公布了两种计算锂离子电池注液量的计算方法，一种方法是：用电池内部体积减去各材料的真实体积得到电池内部的剩余空间体积，再乘以0.85得到实际注液体积，此方法对于外壳与极片紧密贴合的电池，可能会出现注液量不足的情况，导致电极润湿不完全，影响电池性能；另一种方法是：电解液实际注液量＝(正极压实体积V1+负极压实体积V2+隔膜压实体积V3)*电解液密度ρ电*0.4+(0.5～1.0)，此公式中，材料的压实体积等于材料的质量除以压实密度，未体现真实密度这一参数，进而无法确定真实注液量，从而影响电池的性能。
因此，期待发明一种确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法，能够有效解决现有技术中由于采用传统的计算方法而导致的电池性能不佳的问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法，以解决现有技术中由于采用传统的计算方法而导致的电池性能不佳的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法，包括：
步骤1：获取与所述磷酸铁锂软包电池注液量相关的参数；
步骤2：基于所述参数，分别计算得到正极涂层孔体积V1、负极涂层孔体积V2和隔膜孔体积V3；
步骤3：获取电解液密度ρ电和体积系数Q，并基于所述电解液密度ρ电、体积系数Q、所述正极涂层孔体积V1、所述负极涂层孔体积V2和所述隔膜孔体积V3，计算得到电解液理论注液量M0；
步骤4：基于所述电解液理论注液量M0，将电池进行注液和满电拆解；
步骤5：判断经过注液和满电拆解后的所述电池负极界面是否满足预设条件，如果不满足，则对所述电解液理论注液量M0按照预设微调量进行微调并重复执行步骤4-步骤5，直至所述电池负极界面满足所述预设条件，得到电解液最终注液量M1。
可选地，所述参数包括正极理论粉体质量、正极压实密度、每种正极粉体材料的质量、每种正极粉体材料的真实密度、负极理论粉体质量、负极压实密度、每种负极粉体材料的质量和每种负极粉体材料的真实密度，以及隔膜孔隙率、隔膜的长、宽和厚度。
可选地，所述步骤2包括：
基于所述正极理论粉体质量、所述正极压实密度、所述每种正极粉体材料的质量和所述每种正极粉体材料的真实密度，计算得到正极涂层孔体积V1，所述正极涂层孔体积V1为：
其中，M正为正极理论粉体质量，ρ压正为正极压实密度，k1为正极粉体材料的种类数，M正i为第i种正极粉体材料的质量，ρ真正i为第i种正极粉体材料的真实密度；
基于所述负极理论粉体质量、所述负极压实密度、所述每种负极粉体材料的质量和所述每种负极粉体材料的真实密度，计算得到负极涂层孔体积V2，所述负极涂层孔体积V2为：
其中，M负为负极理论粉体质量，ρ压负为负极压实密度，k2为负极粉体材料的种类数，M负i为第i种负极粉体材料的质量，ρ真负i为第i种负极粉体材料的真实密度；
基于所述隔膜孔隙率、所述隔膜的长、宽和厚度，计算得到隔膜孔体积V3，所述隔膜孔体积V3为：
V3＝L*W*H*ρ隔，
其中，L为隔膜的长，W为隔膜的宽，H为隔膜的厚度，ρ隔为隔膜孔隙率。
可选地，所述步骤3包括：
获取所述电解液密度ρ电和所述体积系数Q；
基于所述体积系数Q、所述正极涂层孔体积V1、所述负极涂层孔体积V2和所述隔膜孔体积V3，计算得到电解液理论体积V，所述电解液理论体积V为：
V＝(V1+V2+V3)*Q；
基于所述电解液密度ρ电和所述电解液理论体积V，计算得到所述电解液理论注液量M0，所述电解液理论注液量M0为：
M0＝V*ρ电。
可选地，所述体积系数Q的范围为1.1～1.9。
可选地，所述步骤4包括：
将所述电池按照所述电解液理论注液量M0进行注液；
将注液后的所述电池依次进行化成和分容；
应用预设电流将经过化成和分容后的所述电池进行满充，并对满充后的所述电池进行拆解。
可选地，所述电解液最终注液量M1＝所述电解液理论注液量M0-N*m0，其中，N为微调的次数，m0为每次微调的预设微调量。
可选地，所述预设微调量m0的范围为-10～10g。
可选地，所述预设条件为金黄无析锂。
本发明的有益效果在于：
本发明的确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法首先计算正极涂层孔体积V1、负极涂层孔体积V2和隔膜孔体积V3，然后计算电解液理论注液量M0，并基于电解液理论注液量M0，将电池进行注液和满电拆解，最后判断电池负极界面是否满足预设条件，如果不满足，则对电解液理论注液量M0按照预设微调量；本发明的方法能够对注液量进行微调，从而确定最优注液量，磷酸铁锂软包内最优注液量使电极完全润湿，进而有效提升了电池的性能。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法的流程图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明的一种确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法，包括：
步骤1：获取与磷酸铁锂软包电池注液量相关的参数；
步骤2：基于参数，分别计算得到正极涂层孔体积V1、负极涂层孔体积V2和隔膜孔体积V3；
步骤3：获取电解液密度ρ电和体积系数Q，并基于电解液密度ρ电、体积系数Q、正极涂层孔体积V1、负极涂层孔体积V2和隔膜孔体积V3，计算得到电解液理论注液量M0；
步骤4：基于电解液理论注液量M0，将电池进行注液和满电拆解；
步骤5：判断经过注液和满电拆解后的电池负极界面是否满足预设条件，如果不满足，则对电解液理论注液量M0按照预设微调量进行微调并重复执行步骤4-步骤5，直至电池负极界面满足预设条件，得到电解液最终注液量M1。
具体地，本发明的确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法首先计算正极涂层孔体积V1、负极涂层孔体积V2和隔膜孔体积V3，然后计算电解液理论注液量M0，并基于电解液理论注液量M0，将电池进行注液和满电拆解，最后判断电池负极界面是否满足预设条件，如果不满足，则对电解液理论注液量M0按照预设微调量；本发明的方法能够对注液量进行微调，从而确定最优注液量，磷酸铁锂软包内最优注液量使电极完全润湿，进而有效提升了电池的性能。
在一个示例中，参数包括正极理论粉体质量、正极压实密度、每种正极粉体材料的质量、每种正极粉体材料的真实密度、负极理论粉体质量、负极压实密度、每种负极粉体材料的质量和每种负极粉体材料的真实密度，以及隔膜孔隙率、隔膜的长、宽和厚度。
在一个示例中，步骤2包括：
基于正极理论粉体质量、正极压实密度、每种正极粉体材料的质量和每种正极粉体材料的真实密度，计算得到正极涂层孔体积V1，所述正极涂层孔体积V1为：
其中，M正为正极理论粉体质量，ρ压正为正极压实密度，k1为正极粉体材料的种类数，M正i为第i种正极粉体材料的质量，ρ真正i为第i种正极粉体材料的真实密度；
基于负极理论粉体质量、负极压实密度、每种负极粉体材料的质量和每种负极粉体材料的真实密度，计算得到负极涂层孔体积V2，所述负极涂层孔体积V2为：
其中，M负为负极理论粉体质量，ρ压负为负极压实密度，k2为负极粉体材料的种类数，M负i为第i种负极粉体材料的质量，ρ真负i为第i种负极粉体材料的真实密度；
基于隔膜孔隙率、隔膜的长、宽和厚度，计算得到隔膜孔体积V3，隔膜孔体积V3为：
V3＝L*W*H*ρ隔，
其中，L为隔膜的长，W为隔膜的宽，H为隔膜的厚度，ρ隔为隔膜孔隙率。
具体地，由V1和V2的计算公式可知，本发明的确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法考虑到了正极粉体材料的真实密度和负极粉体材料的真实密度，真实密度的引入能够确定真实注液量，进而提高电池的性能。
进一步地，通过V3的计算公式可知，本发明的确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法将磷酸铁锂软包电池孔隙与注液量定量联系起来，进一步提升了电池的性能。
在一个示例中，步骤3包括：
获取电解液密度ρ电和体积系数Q；
基于体积系数Q、正极涂层孔体积V1、负极涂层孔体积V2和隔膜孔体积V3，计算得到电解液理论体积V，电解液理论体积V为：
V＝(V1+V2+V3)*Q；
基于电解液密度ρ电和电解液理论体积V，计算得到电解液理论注液量M0，电解液理论注液量M0为：
M0＝V*ρ电。
在一个示例中，体积系数Q的范围为1.1～1.9。
在一个示例中，步骤4包括：
将电池按照电解液理论注液量M0进行注液；
将注液后的电池依次进行化成和分容；
应用预设电流将经过化成和分容后的电池进行满充，并对满充后的电池进行拆解。
在一个示例中，电解液最终注液量M1＝电解液理论注液量M0-N*m0，其中，N为微调的次数，m0为每次微调的预设微调量。
在一个示例中，预设微调量m0的范围为-10～10g。
在一个示例中，预设条件为金黄无析锂。
实施例1
如图1所示，一种确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法，包括：
步骤1：获取与磷酸铁锂软包电池注液量相关的参数；
步骤2：基于参数，分别计算得到正极涂层孔体积V1、负极涂层孔体积V2和隔膜孔体积V3；
步骤3：获取电解液密度ρ电和体积系数Q，并基于电解液密度ρ电、体积系数Q、正极涂层孔体积V1、负极涂层孔体积V2和隔膜孔体积V3，计算得到电解液理论注液量M0；
步骤4：基于电解液理论注液量M0，将电池进行注液和满电拆解；
步骤5：判断经过注液和满电拆解后的电池负极界面是否满足预设条件，如果不满足，则对电解液理论注液量M0按照预设微调量进行微调并重复执行步骤4-步骤5，直至电池负极界面满足预设条件，得到电解液最终注液量M1。
其中，参数包括正极理论粉体质量、正极压实密度、每种正极粉体材料的质量、每种正极粉体材料的真实密度、负极理论粉体质量、负极压实密度、每种负极粉体材料的质量和每种负极粉体材料的真实密度，以及隔膜孔隙率、隔膜的长、宽和厚度。
其中，步骤2包括：
基于正极理论粉体质量、正极压实密度、每种正极粉体材料的质量和每种正极粉体材料的真实密度，计算得到正极涂层孔体积V1，所述正极涂层孔体积V1为：
其中，M正为正极理论粉体质量，ρ压正为正极压实密度，k1为正极粉体材料的种类数，M正i为第i种正极粉体材料的质量，ρ真正i为第i种正极粉体材料的真实密度；
基于负极理论粉体质量、负极压实密度、每种负极粉体材料的质量和每种负极粉体材料的真实密度，计算得到负极涂层孔体积V2，所述负极涂层孔体积V2为：
其中，M负为负极理论粉体质量，ρ压负为负极压实密度，k2为负极粉体材料的种类数，M负i为第i种负极粉体材料的质量，ρ真负i为第i种负极粉体材料的真实密度；
基于隔膜孔隙率、隔膜的长、宽和厚度，计算得到隔膜孔体积V3，隔膜孔体积V3为：
V3＝L*W*H*ρ隔，
其中，L为隔膜的长，W为隔膜的宽，H为隔膜的厚度，ρ隔为隔膜孔隙率。
其中，步骤3包括：
获取电解液密度ρ电和体积系数Q；
基于体积系数Q、正极涂层孔体积V1、负极涂层孔体积V2和隔膜孔体积V3，计算得到电解液理论体积V，电解液理论体积V为：
V＝(V1+V2+V3)*Q；
基于电解液密度ρ电和电解液理论体积V，计算得到电解液理论注液量M0，电解液理论注液量M0为：
M0＝V*ρ电。
其中，步骤4包括：
将电池按照电解液理论注液量M0进行注液；
将注液后的电池依次进行化成和分容；
应用预设电流将经过化成和分容后的电池进行满充，并对满充后的电池进行拆解。
其中，电解液最终注液量M1＝电解液理论注液量M0-N*m0，其中，N为微调的次数，m0为每次微调的预设微调量。
其中，预设条件为金黄无析锂。
具体实施例为：
将A、B和C三款磷酸铁锂软包电池如表1内容进行最终注液量敲定，由表1可知，A和B两款磷酸铁锂软包电池注入理论注液量M0后，1C满充电池负极界面的状态为金黄无析锂，可以得出最终注液量M1为理论注液量M0，C款磷酸铁锂软包电池在注入理论注液量M0后，1C满充电池负极界面有析出锂的痕迹，微调注液量后，1C满充电池负极界面的状态为金黄无析锂，则可以确定最终注液量M1为理论注液量M0与微调量之和。
表1
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法，其特征在于，包括：
步骤1：获取与所述磷酸铁锂软包电池注液量相关的参数；
步骤2：基于所述参数，分别计算得到正极涂层孔体积V1、负极涂层孔体积V2和隔膜孔体积V3；
步骤3：获取电解液密度ρ电和体积系数Q，并基于所述电解液密度ρ电、体积系数Q、所述正极涂层孔体积V1、所述负极涂层孔体积V2和所述隔膜孔体积V3，计算得到电解液理论注液量M0；
步骤4：基于所述电解液理论注液量M0，将电池进行注液和满电拆解；
步骤5：判断经过注液和满电拆解后的所述电池负极界面是否满足预设条件，如果不满足，则对所述电解液理论注液量M0按照预设微调量进行微调并重复执行步骤4-步骤5，直至所述电池负极界面满足所述预设条件，得到电解液最终注液量M1。
2.根据权利要求1所述的确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法，其特征在于，
所述参数包括正极理论粉体质量、正极压实密度、每种正极粉体材料的质量、每种正极粉体材料的真实密度、负极理论粉体质量、负极压实密度、每种负极粉体材料的质量和每种负极粉体材料的真实密度，以及隔膜孔隙率、隔膜的长、宽和厚度。
3.根据权利要求2所述的确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法，其特征在于，
所述步骤2包括：
基于所述正极理论粉体质量、所述正极压实密度、所述每种正极粉体材料的质量和所述每种正极粉体材料的真实密度，计算得到正极涂层孔体积V1，所述正极涂层孔体积V1为：
其中，M正为正极理论粉体质量，ρ压正为正极压实密度，k1为正极粉体材料的种类数，M正i为第i种正极粉体材料的质量，ρ真正i为第i种正极粉体材料的真实密度；
基于所述负极理论粉体质量、所述负极压实密度、所述每种负极粉体材料的质量和所述每种负极粉体材料的真实密度，计算得到负极涂层孔体积V2，所述负极涂层孔体积V2为：
其中，M负为负极理论粉体质量，ρ压负为负极压实密度，k2为负极粉体材料的种类数，M负i为第i种负极粉体材料的质量，ρ真负i为第i种负极粉体材料的真实密度；
基于所述隔膜孔隙率、所述隔膜的长、宽和厚度，计算得到隔膜孔体积V3，所述隔膜孔体积V3为：
V3＝L*W*H*ρ隔，
其中，L为隔膜的长，W为隔膜的宽，H为隔膜的厚度，ρ隔为隔膜孔隙率。
4.根据权利要求1所述的确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法，其特征在于，
所述步骤3包括：
获取所述电解液密度ρ电和所述体积系数Q；
基于所述体积系数Q、所述正极涂层孔体积V1、所述负极涂层孔体积V2和所述隔膜孔体积V3，计算得到电解液理论体积V，所述电解液理论体积V为：
V＝(V1+V2+V3)*Q；
基于所述电解液密度ρ电和所述电解液理论体积V，计算得到所述电解液理论注液量M0，所述电解液理论注液量M0为：
M0＝V*ρ电。
5.根据权利要求4所述的确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法，其特征在于，
所述体积系数Q的范围为1.1～1.9。
6.根据权利要求1所述的确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法，其特征在于，
所述步骤4包括：
将所述电池按照所述电解液理论注液量M0进行注液；
将注液后的所述电池依次进行化成和分容；
应用预设电流将经过化成和分容后的所述电池进行满充，并对满充后的所述电池进行拆解。
7.根据权利要求1所述的确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法，其特征在于，
所述电解液最终注液量M1＝所述电解液理论注液量M0-N*m0，其中，N为微调的次数，m0为每次微调的预设微调量。
8.根据权利要求7所述的磷酸铁锂软包电池注液量的计算方法，其特征在于，
所述预设微调量m0的范围为-10～10g。
9.根据权利要求1所述的确定磷酸铁锂软包电池注液量的方法，其特征在于，
所述预设条件为金黄无析锂。
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