CN117269283A - 电芯含水量检测方法及检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电芯含水量检测方法及检测设备，电芯含水量检测方法包括以下步骤：S1、将电芯连接充放电进行化成，并采集电芯在化成过程中的电压和容量；S2、将采集到的电压和所述容量按照dQ/dV公式进行转换，得到以电压为横坐标，以dQ/dV为纵坐标绘制的容量微分曲线；其中，dQ/dV的计算公式为：dQ/dV＝(Qn+1‑Qn)/(Vn+1‑Vn)；S3、当预设电压处的容量微分曲线具有反应峰，且反应峰的峰值大于预设电压处含水量合格电芯对应的反应峰时，说明电芯的含水量超标。本发明所述的电芯含水量检测方法，整个检测过程基于电芯充放电设备，不仅利于降低检测成本，而且不会引入水，从而利于提高检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池检测技术领域，特别涉及一种电芯含水量检测方法。本发明还涉及一种用于检测电芯含水量的设备。
背景技术
锂离子电池具有工作电压高、容量高、自放电小、循环寿命长、无记忆效应以及无环境污染等显著优点，是目前最具实用价值的移动电子设备电源及电动汽车动力电池。目前限制锂离子电池大面积推广应用的主要是锂电池的循环性能、安全性能以及电芯制造成本等。而在电芯生产过程中，水分作为一种痕量组分对于电芯的循环性能、安全性有重大影响。
电芯中的少量水份会参与电芯预充电过程中SEI膜的形成过程，但是水分超标的话水会和电解液中的锂盐发生反应产生HF，H+会破坏SEI膜，导致电芯产气严重，从而电芯鼓胀变形，对锂离子电池的结构有较大的破坏性，造成电池容量衰减。尤其是随着充放电过程的进行，HF含量越高的电池衰减越快。
此外水分超标会造成电极表面生成不溶吸附物较多，导致电池的接触电阻增大，影响磷酸铁锂电池的电化学性能。因此，必须严格控制电池制作过程中环境的湿度、电芯水分以及电解液的含水量。综上，如何快速准确且对电芯不造成损伤的检测电芯水分是否合格显得尤为重要，避免制造过程中批量电芯水分不良报废造成浪费和增加制造成本。
目前，各个电芯厂家对于电池水分的检测主要为干电芯烘烤后将干电芯破壳后取出极组，取正负极片和隔膜，采用卡尔费休测试水分。该方法测试的缺点是：①水分测试时为抽样检测，非100％全检，电芯在注液等后工序中也有可能会引入水分，存在很大的漏杀风险。②由于人员操作手法和设备波动问题会导致较大测试误差。③该方法为有损测试，导致电芯报废，造成浪费和制造成本增加。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种电芯的水分检测方法，以提高电芯检测的便利性，并利于降低检测成本，同时具有较高的检测精度。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电芯含水量检测方法，包括以下步骤：
S1、将电芯连接充放电进行化成，并采集所述电芯在化成过程中的电压和容量；
S2、将采集到的所述电压和所述容量按照dQ/dV公式进行转换，得到以电压为横坐标，以dQ/dV为纵坐标绘制的容量微分曲线；
其中，dQ/dV的计算公式为：dQ/dV＝(Qn+1-Qn)/(Vn+1-Vn)；
S3、查看所述容量微分曲线，当预设电压处的所述容量微分曲线具有反应峰，且所述反应峰的峰值大于所述预设电压处含水量合格电芯对应的反应峰时，说明所述电芯的含水量超标。
进一步的，所述预设电压U预设的范围为2V≤U预设≤2.2V。
进一步的，所述预设电压U预设为2.1V。
进一步的，所述预设电压处含水量合格的电芯对应反应峰的峰值不超过10。
进一步的，还包括当所述电芯的含水量超标时，发出报警信息。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明所述的电芯含水量检测方法，通过在电芯充放电过程中实时采集电压和容量并绘制的容量微分曲线，当预设电压处的容量微分曲线具有反应峰，且反应峰的峰值大于预设电压处含水量合格电芯对应的反应峰时，即可判断出电芯的含水量超标，整个检测过程基于电芯充放电设备，不增加额外投入的同时也可实现所有电芯水分的监控，从而大幅度减少制造过程中电芯水分超标的风险，此外检测方法也不存在带入水分的风险，进而利于提高检测精度。
此外，预设电压U预设的范围为2V≤U预设≤2.2V，属于水分含量超标时易于出现反应峰的电位。预设电压U预设为2.1V时水含量超标的电芯对应容量微分曲线上的反应峰明显，从而利于提高检测精度。含水量合格的电芯对应反应峰的峰值不超过10，能够作为判断电芯含水量是否超标的依据。通过在电芯的含水量超标时发出报警信息，利于提醒工作人员及时对不合格的电芯进行处理。
本发明的另一目的在于提出一种电芯含水量检测设备，包括控制模块，分别与所述控制模块电连接的充放电模块、采集模块以及显示模块；
所述充放电模块用于对所述电芯进行充放电；
所述采集模块用于采集充放电过程中所述电芯的电压和容量，并发送至所述控制模块；
所述控制模块将所述电压和所述容量按照dQ/dV＝(Qn+1-Qn)/(Vn+1-Vn)进行转换，并通过所述显示模块显示以电压为横坐标，以dQ/dV为纵坐标绘制的容量微分曲线；
当所述控制模块检测到预设电压处的所述容量微分曲线具有反应峰，且所述反应峰的峰值大于预设峰值时，能够输出所述电芯含水量超标的信息。
进一步的，还包括与所述控制模块电连接的报警模块，所述报警模块用于在所述电芯的含水量超标时发出报警信息。
进一步的，所述报警信息包括报警声和/或报警灯。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明所述的电芯含水量检测设备，通过在充放电模块对电芯充放电的过程中，采集模块采集电芯的电压和容量，并发送至控制模块得到容量微分曲线，控制模块检测到预设电压处的容量微分曲线具有反应峰，且反应峰的峰值大于预设峰值时，能够输出电芯含水量超标的信息，不仅检测成本低，而且检测过程中不会引入水，从而利于提高检测精度。
此外，通过报警模块在电芯的含水量超标时发出报警信息，利于提示工作人员对不合格的电芯进行处理。报警声和报警灯的结构简单，便于实施，且报警效果好。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一所述的电芯含水量检测方法的流程图；
图2为本发明实施例一所述的容量微分曲线的示意图；
图3为本发明验证例所述的验证组1的容量微分曲线；
图4为本发明验证例所述的验证组2的容量微分曲线。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“背”等指示方位或位置关系的术语，其为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
本实施例涉及一种电芯含水量检测方法，用于对电芯的含水量是否超标进行检测。如图1中所示，该电芯含水量检测方法包括以下步骤：
S1、将电芯连接充放电进行化成，并采集所述电芯在化成过程中的电压和容量；
S2、将采集到的电压和容量按照dQ/dV公式进行转换，得到以电压为横坐标，以dQ/dV为纵坐标绘制的容量微分曲线，其中，dQ/dV的计算公式为：dQ/dV＝(Qn+1-Qn)/(Vn+1-Vn)；
S3、当预设电压处的容量微分曲线具有反应峰，且反应峰的峰值大于预设电压处含水量合格电芯对应的反应峰时，说明电芯的含水量超标。
基于如上整体介绍，本实施例中，以电芯含水量正常时的容量微分曲线为基准，当电芯中含水量超标时，水参与化学反应后会在容量微分曲线上形成反应峰。经发明人不断测试，发现预设电压U预设的范围为2V≤U预设≤2.2V时，含水量超标的电芯会在容量微分曲线上形成反应峰。进一步的，预设电压在2.1V左右时，反应峰达到峰值。
本实施例中的容量微分曲线，通过计算恒定电压间隔内电池容量变化，可以准确反应出电池的电压平台区间，一个峰就代表一个化学反应也称为反应峰，峰值点代表材料的相变点。
如图2中所示，本实施例中，预设电压处含水量合格的电芯对应反应峰的峰值不超过10。也就是说合格电芯含水量处于最大值时反应峰的峰值最大可为10，当检测电芯的容量微分曲线在电压在2.1V左右时出现了反应峰，且反应峰的峰值大于10时，说明电芯的含水量超标，当反应峰的峰值不超过10时，说明电芯的含水量合格。
作为一种检测示例，如图2中所示，合格电芯的含水量为100ppm，该合格电芯的容量微分曲线为合格曲线，其在2.1V左右时反应峰的峰值为10。含水量为90ppm的电芯所得到的容量微分曲线在2.1V左右时的反应峰位于含水量为100ppm电芯的下方，反应峰的峰值为8，属于合格电芯。
而电芯的含水量为500ppm时，电芯的容量微分曲线在2.1V左右时的反应峰呈尖锐状，其峰值为25，显然大于10，此时该电芯的含水量不合格。再例如，电芯的含水量为600ppm时，电芯的容量微分曲线在2.1V左右时的反应峰呈尖锐状，其峰值为25，显然大于10，此时该电芯的含水量也不合格。
本申请中独特的使用dQ/dV的容量微分曲线作为判断电芯含水量是否合格的依据，是考虑到容量微分曲线在充电过程中电流恒定，扩散速度相对恒定，该曲线可以反应电芯充放电过程中发生氧化还原反应的氧化还原峰(反应峰)。传统的CV曲线测试过程中控制的是电势，得到的是电流与电压之间的关系，是通过电化学反应和传质过程的相对速率来确定反应峰，CV曲线测试时扫描速度过大，很难观测到峰或者影响峰的位置。
另外，预充成膜阶段一般采用小电流恒流充电，只需要对预充柜采集的容量和电压进行微分处理即可得到dQ/dv曲线，而传统的CV曲线需要使用电化学工作站进行测试才能得到，需要另外投资设备，且只能进行抽检，但是dQ/dV曲线在预充过程中即可实现全检，不需要额外投资设备。
此外，为进一步提高使用效果，本实施例中的电芯含水量检测方法还包括当电芯的含水量超标时，发出报警信息。此处的报警信息能够警示工作人员及时对含水量不合格的电芯进行处理。具体实施时，报警信息可以是报警声，或者报警灯，再或者带有报警声的报警灯。报警灯可为红色以起到较好的警示效果。
本实施例的电芯含水量检测方法，通过在电芯充放电过程中实时采集电压和容量并绘制的容量微分曲线，当预设电压处的容量微分曲线具有反应峰，且反应峰的峰值大于预设电压处含水量合格电芯对应的反应峰时，即可判断出电芯的含水量超标，整个检测过程基于电芯充放电设备，不增加额外投入的同时也可实现所有电芯水分的监控，从而大幅度减少制造过程中电芯水分超标的风险，此外检测方法也不存在带入水分的风险，进而利于提高检测精度。
由于本实施例中的方法不存在带入水分的风险，检测精度相比卡尔费休测试更高，且不增加额外投入的同时也可实现所有电芯水分的检测，从而大幅度减少制造过程中电芯水分超标，以及不良电芯流出的风险。
验证例
为验证实施例一的电芯含水量检测方法，本验证例分别使用组装完成后电芯进行正常烘烤(含水量正常)、不烘烤、吸水三种处理。具体来说，验证组1中共计三个电芯，分别包含含水量正常的电芯1号、进行过吸水处理的电芯1号，以及未烘烤的电芯1号。
验证组2中共计三个电芯，也分别包含含水量正常的电芯2号、进行过吸水处理的电芯2号，以及未烘烤的电芯2号。其中，正常电芯1的含水量为200ppm，吸水电芯1号的含水量均为600ppm，未烘烤电芯1号的含水量为：400ppm。其中，正常电芯2的含水量为180ppm，吸水电芯1号的含水量均为600ppm，未烘烤电芯1号的含水量为：420ppm。
各组中的三种电芯进行注液后高温浸润，高温浸润结束后进行预充(即小电流充电过程)，预充柜上位机对其采集的电压、容量进行微分处理得到dQ/dV曲线，也即容量微分曲线。
验证组1的实验结果如图3所示，容量微分曲线显示验证组1中，正常电芯1号在电压为2.1V无明显尖锐反应峰，只有平缓凸起。而未烘烤电芯1号，以及吸水电芯1号在2.1V均存在明显尖锐水峰，且反应峰的峰值大于正常电芯，表明峰值随水分含量增加而增加。
验证组2中的实验结果如图4中所示，正常电芯2号在电压为2.1V无明显尖锐反应峰，只有平缓凸起。而未烘烤电芯2号，以及吸水电芯2号在2.1V均存在明显尖锐水峰，且反应峰的峰值大于正常电芯，表明峰值随水分含量增加而增加。
通过验证组1和验证组2，再次验证了电压为2.1V左右时出现尖锐反应峰，且反应峰的峰值大于10，可用于判断电芯水分超标风险异常。
实施例二
本实施例涉及一种电芯含水量检测设备，用于对电芯的含水量是否合格进行检测。整体构成上，该电芯含水量检测设备包括控制模块，分别与控制模块电连接的充放电模块、采集模块以及显示模块。该电芯含水量检测设备用于执行实施例一中的电芯含水量检测方法。
其中，充放电模块用于对电芯进行充放电，采集模块用于采集充放电过程中电芯的电压和容量，并发送至控制模块。控制模块将电压和容量按照dQ/dV＝(Qn+1-Qn)/(Vn+1-Vn)进行转换，并通过显示模块显示以电压为横坐标，以dQ/dV为纵坐标绘制的容量微分曲线。其中，当控制模块检测到预设电压处的容量微分曲线具有反应峰，且反应峰的峰值大于预设峰值时，能够输出电芯含水量超标的信息。
具体实施时，本实施例中的电芯含水量检测设备可为现有技术中用于对电芯进行充放电的预充柜。上述的控制模块具体可为预充柜的控制器，充放电模块也为预充柜上的充电线。采集模块为与电芯相连的采集线，显示模块为预充柜的显示屏。本实施例中的电芯含水量检测设备基于预充柜，无需进行检测投入，在电芯进行充放电的过程中，即可实现对电芯含水量的检测，不仅利于降低生产成本，同时还利于实现电芯的全检测，进而提高检测的精度，防止出现漏检的问题。
其中，控制模块通过检测电压为2.1V左右的容量微分曲线是否有反应峰，再判断反应峰的峰值是否超过10，只有在满足曲线具有反应峰，且反应峰的峰值超过10时，才能够得出电芯含水量超标的结论。
作为一种优选的实施方式，本实施例中的电芯含水量检测设备还包括与控制模块电连接的报警模块，报警模块用于在电芯的含水量超标时发出报警信息。此处通过报警模块发出报警信息，能够在检测到电芯的含水量超标时发出报警信息，而警示工作人员对不合格的电芯进行处理。
具体实施时，报警信息包括报警声和/或报警灯。例如，报警信息可以是报警声，或者报警灯，再或者，报警信息为带有报警声的报警灯。报警灯的颜色可根据使用需求进行设置。例如当电芯合格时，报警灯的颜色显示为绿色，当电芯不合格时，报警灯的颜色可为红色，以起到较好的警示效果。
本实施例的电芯含水量检测设备，通过在充放电模块对电芯充放电的过程中，采集模块采集电芯的电压和容量，并发送至控制模块得到容量微分曲线，控制模块检测到预设电压处的容量微分曲线具有反应峰，且反应峰的峰值大于预设峰值时，能够输出电芯含水量超标的信息，不仅检测成本低，而且检测过程中不会引入水，从而利于提高检测精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)
1.一种电芯含水量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将电芯连接充放电进行化成，并采集所述电芯在化成过程中的电压和容量；
S2、将采集到的所述电压和所述容量按照dQ/dV公式进行转换，得到以电压为横坐标，以dQ/dV为纵坐标绘制的容量微分曲线；
其中，dQ/dV的计算公式为：dQ/dV＝(Qn+1-Qn)/(Vn+1-Vn)；
S3、当预设电压处的所述容量微分曲线具有反应峰，且所述反应峰的峰值大于所述预设电压处含水量合格电芯对应的反应峰时，说明所述电芯的含水量超标。
2.根据权利要求1所述的电芯含水量检测方法，其特征在于：
所述预设电压U预设的范围为2V≤U预设≤2.2V。
3.根据权利要求2所述的电芯含水量检测方法，其特征在于：
所述预设电压U预设为2.1V。
4.根据权利要求1所述的电芯含水量检测方法，其特征在于：
所述预设电压处含水量合格的电芯对应反应峰的峰值不超过10。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电芯含水量检测方法，其特征在于：
还包括当所述电芯的含水量超标时，发出报警信息。
6.一种电芯含水量检测设备，其特征在于：
包括控制模块，分别与所述控制模块电连接的充放电模块、采集模块以及显示模块；
所述充放电模块用于对所述电芯进行充放电；
所述采集模块用于采集充放电过程中所述电芯的电压和容量，并发送至所述控制模块；
所述控制模块将所述电压和所述容量按照dQ/dV＝(Qn+1-Qn)/(Vn+1-Vn)进行转换，并通过所述显示模块显示以电压为横坐标，以dQ/dV为纵坐标绘制的容量微分曲线；
当所述控制模块检测到预设电压处的所述容量微分曲线具有反应峰，且所述反应峰的峰值大于预设峰值时，能够输出所述电芯含水量超标的信息。
7.根据权利要求6所述的电芯含水量检测设备，其特征在于：
还包括与所述控制模块电连接的报警模块，所述报警模块用于在所述电芯的含水量超标时发出报警信息。
8.根据权利要求7所述的电芯含水量检测设备，其特征在于：
所述报警信息包括报警声和/或报警灯。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311272440.8A Pending CN117269283A (zh) | 2023-09-27 | 2023-09-27 | 电芯含水量检测方法及检测设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117269283A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113884908A (zh) * | 2021-09-17 | 2022-01-04 | 江苏海基新能源股份有限公司 | 一种评判烘烤后锂离子电池水分合格的方法 |
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2023
- 2023-09-27 CN CN202311272440.8A patent/CN117269283A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113884908A (zh) * | 2021-09-17 | 2022-01-04 | 江苏海基新能源股份有限公司 | 一种评判烘烤后锂离子电池水分合格的方法 |
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