CN117388727A - 锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法包括：将电池化成后充电至100％SOC状态后静置固定时间；在常温下测试电池开路电压及内阻；在室温下将电池静置固定时间后，测试电池开路电压及内阻，并计算两次测试的电压降及内阻变化，将电压降或内阻变化大于预设值的电池剔除；将电池放入高温条件下静置固定时间，降至室温后，对电池进行开路电压及内阻测试，计算高温静置前后的电压降以及内阻变化，将电压降或内阻变化大于预设值的电池剔除；对电池进行恒流恒压充电至电压上限，记录充电容量；对电池恒流放电至电压下限，记录放电容量；根据高温静置后充放电容量计算电池活性锂损失量，由此判断电池自放电状态，筛选出符合预设要求的电池。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池单体电性能测试技术领域，具体涉及一种锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法。
背景技术
锂离子电池因其高能量密度、高工作电压、长循环寿命等优势，已被广泛应用于便携电子设备、电动交通工具、电网储能等领域。然而，锂离子电池的日历寿命及储存性能却需进一步研究。
锂离子电池的储存性能与锂离子电池的自放电状态息息相关。锂离子电池的自放电是指电池在开路过程中出现的电压下降的现象。当锂离子电池在某一温度下静置保存一段时间后，电池会出现一部分容量损失，更为直观的表现是电池开路电压的下降。电池自放电过快会导致电池容量的快速衰减，降低电池的日历寿命及储存性能，不同单体之间自放电速率不同也会影响电池组的单体一致性。
目前常见采用的自放电筛选方法是对电池静置一段时间后对电池进行开压内阻及容量测试，通过电压降K值计算法，筛选出符合要求的电池单体。但这种方法需要耗费较长的静置时间，同时测试评估误差较大，无法检验出锂离子电池真实的自放电状态。
中国专利CN114035067A公开了一种电池自放电筛选方法，通过以预定放电电流对电池进行放电后，再以预定充电电流对电池进行充电的方式，消除了电池的极化电压，从而判断电池自放电程度，但该方法依据电池开路电压值进行判定，具体效果并未提及。
中国专利CN114545235A公开了一种快速筛选锂离子电池自放电的方法，通过电池充放电容量的对比来作为电池自放电评估的标准，与K值压降法相比，可以更有效地筛选出自放电大的电池，但该方法仅依据电池容量进行筛选评价，详细分析效果并未提及。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，缩短电池检测周期，提高检测准确性。
为了达到上述的目的，本发明提供一种锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，包括：S1、将电池化成后充电至100％ SOC状态后静置固定时间；S2、在常温下测试电池开路电压及内阻，分别记录为V1和R1；S3、在室温下将电池静置固定时间后，测试电池开路电压及内阻，分别记录为V2和R2，计算两次测试的电压降ΔV1及内阻变化ΔR1，将电压降或内阻变化大于预设值的电池剔除；ΔV1＝V1﹣V2，ΔR1＝R1﹣R2；S4、将电池放入高温条件下静置固定时间，取出降至室温后，对电池进行开路电压及内阻测试，分别记录为V3和R3，计算V2与V3之间的电压降ΔV2以及R2与R3之间的内阻变化ΔR2，将电压降或内阻变化大于预设值的电池剔除；ΔV2＝V2﹣V3，ΔR2＝R2﹣R3；S5、对电池进行恒流恒压充电至电压上限，记录充电容量Ccharge；S6、对电池恒流放电至电压下限，记录放电容量Cdischarge；S7、根据高温静置后充放电容量计算电池活性锂损失量，根据电池活性锂损失量判断电池自放电状态，筛选出符合预设要求的电池。
上述锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，其中，所述步骤S1中，静置温度条件为45℃，静置时间为72h。
上述锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，其中，所述步骤S3中，静置时间为72h～96h。
上述锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，其中，所述步骤S4中，高温静置温度条件为55℃～60℃，静置时间为72h。
上述锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，其中，所述步骤S5中，测试使用的恒电流密度为0.1C，充电截止电压设置为4.2V，恒压充电截止电流为0.1A。
上述锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，其中，所述步骤S6中，测试使用的恒电流密度为0.1C，放电截止电压为2.75V。
上述锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，其中，所述步骤S7中，Lli＝Ccharge/Cdischarge，其中，Lli为电池活性锂损失量，Ccharge为高温静置恢复室温后的充电容量，Cdischarge为高温静置恢复室温后的放电容量；判断依据为：若LLi≤3％，视为该电池自放电状态符合预设要求；若LLi＞3％，则视为该电池自放电状态不符合预设要求，应剔除。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
本发明的锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，先对化成后的电池充电至100％ SOC状态并静置，既可以消除化成过程中的极化现象，又可以初步筛选出电芯存在明显缺陷的电池，减少在问题电池上所需的评测步骤与时间；再进一步对电池进行高温短时静置，随后将电池充电至电压上限，再重新放电至电压下限，达到0％ SOC状态，通过充电容量和放电容量的数值来判断电池在全部静置过程中的活性锂损失量，从而准确判断电池在初始条件下的自放电状态，相比于传统的电压降K值法，本发明结合高温加速静置方法促进电池初期副反应发生完全，以活性锂损失量作为锂离子电池自放电状态的判定标准，更加符合电池自放电的机理，从而提升评估筛选方法的效率和准确性。
附图说明
本发明的锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法由以下的实施例及附图给出。
图1为本发明的锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合图1对本发明的锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法作进一步的详细描述。
图1所示为本发明的锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法的流程图。
参见图1，本发明的锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法包括：
S1、将电池化成后充电至100％ SOC状态后静置固定时间；
较佳地，静置温度条件为40℃～45℃，静置时间为60h～72h；
通过化成步骤确保电解液对电芯完全浸润，电池中的SEI膜充分形成，不可逆锂损失反应完全；
S2、在室温下(25℃)测试电池开路电压及内阻，分别记录为V1和R1；
经步骤S1静置后的电池降温至室温后，进行开路电压及内阻测试；
S3、在室温下(25℃)将电池静置固定时间后，测试电池开路电压及内阻，分别记录为V2和R2，计算两次测试的电压降ΔV1及内阻变化ΔR1，将电压降或内阻变化大于预设值的电池剔除；
较佳地，静置时间为72h～96h；
ΔV1＝V1﹣V2，ΔR1＝R1﹣R2；
电池在化成后的初期自放电速度较快，因此静置72h～96h，此后电池自放电完全趋于稳定状态，从而减小后续自放电状态检测误差；
S4、将电池放入高温条件下静置固定时间，取出降至室温后，对电池进行开路电压及内阻测试，分别记录为V3和R3，计算V2与V3之间的电压降ΔV2以及R2与R3之间的内阻变化ΔR2，将电压降或内阻变化大于预设值的电池剔除；
未被步骤S3剔除的电池进入步骤S4；
较佳地，高温静置温度条件为55℃～60℃，静置时间为60h～72h；
ΔV2＝V2﹣V3，ΔR2＝R2﹣R3；
通过提升温度进一步加速电极中未完全反应的不可逆锂，加速锂离子电池电极界面上的副反应，通过加速办法基本实现电池初期的完全自放电，便于后续降至室温后筛选电池状态；
S5、对电池进行恒流恒压充电至电压上限，记录充电容量Ccharge；
未被步骤S4剔除的电池进入步骤S5；
较佳地，测试使用的恒电流密度为0.1C，充电截止电压设置为4.2V，恒压充电截止电流为0.1A；
S6、对电池恒流放电至电压下限，记录放电容量Cdischarge；
较佳地，测试使用的恒电流密度为0.1C，放电截止电压为2.75V；
高温静置后的充(步骤S5)放(步骤S6)电测试，结合电池实际使用工况以及电池采用的电化学体系确定充放电电压范围，确保电池正极材料不发生显著相变，保证电极结构稳定性；使用的测试电流密度较小，可以实现电池充分的充放电；对电芯充放电测试中采用相同的电流密度，可以保证电芯在充电和放电过程中的一致性，减少测试误差；
S7、根据高温静置后充放电容量计算电池活性锂损失量，根据电池活性锂损失量判断电池自放电状态，筛选出符合预设要求的电池；
Lli＝Ccharge/Cdischarge
其中，Lli为电池活性锂损失量，Ccharge为高温静置恢复室温后的充电容量，Cdischarge为高温静置恢复室温后的放电容量；
判断依据为：若LLi≤3％，视为该电池自放电状态符合预设要求；若LLi＞3％，则视为该电池自放电状态不符合预设要求，应剔除。
经过室温静置结合后续高温静置加速的处理方法，电池在化成后初始阶段的不可逆锂损失过程基本完成，通过这一计算方法评估锂离子电池的活性锂损失量，符合电池自放电的机理，有助于更加准确地评估新制备电池的自放电状态，从而筛选出复合要求的电池产品。
现以具体实施例详细说明本发明的锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法。
本实施例选择一批2.2Ah锂离子电池单体，化成后充电至100％SOC状态后，在45℃下静置72h；静置后从中选取12只电池，待电池恢复至室温后，分别测试每一只电池的开路电压V1和内阻R1；随后12只电池在室温下静置72h，分别测试每一只电池的开路电压V2和内阻R2，剔除电压降、内阻变化超出预设值的电池；再将未被剔除的电池转移至60℃恒温箱中静置72h，取出，待电池恢复至室温后测试各电池的开路电压V3和内阻R3，剔除电压降、内阻变化超出预设值的电池；对高温静置后未被剔除的电池分别进行恒流充放电测试，测试电压范围为2.75V～4.2V，测试使用的恒电流密度为0.1C，分别记录各电池的充电容量Ccharge和放电容量Cdischarge，并计算各电池的活性锂损失量LLi，具体测试结果详见表1。
表1各测试步骤数据列表
根据表1数据，在加温化成和室温静置后，经过开路电压及内阻的测试，发现编号为12的电池电压降ΔV1大于预设值，因此判断该电池为异常电池，并不再进行后续步骤；经过高温静置后测试电池开路电压和内阻，发现编号为10的电池电压降ΔV2大于预设值，说明该电池在经过室温静置和高温加速静置后，电池放电已明显加快，同时编号为10的电池内阻变化ΔR2也大于预设值，内阻增大表明电池内部极片界面处SEI膜增厚，从而降低电池在后期使用时的电化学性能，故将编号为10的电池标记为异常电池；根据发明中的步骤S5～S7，通过对高温静置加速后的电池进行充电及放电容量测试，计算出各电池的活性锂损失量，经过分析，编号为11的电池活性锂损失量大于预设值，表明该电池在本发明的各步骤流程中，副反应程度相较于其他编号电池更为剧烈，活性锂损失量较大，会导致电池首次库伦效率较低，从而影响到电池后续使用时的电化学性能以及储存寿命，因此，将编号为11的电池筛除；按照上述方法，剩余的电池经过评估，为符合自放电状态要求的合格电池。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，其特征在于，包括：
S1、将电池化成后充电至100％SOC状态后静置固定时间；
S2、在常温下测试电池开路电压及内阻，分别记录为V1和R1；
S3、在室温下将电池静置固定时间后，测试电池开路电压及内阻，分别记录为V2和R2，计算两次测试的电压降ΔV1及内阻变化ΔR1，将电压降或内阻变化大于预设值的电池剔除；ΔV1＝V1﹣V2，ΔR1＝R1﹣R2；
S4、将电池放入高温条件下静置固定时间，取出降至室温后，对电池进行开路电压及内阻测试，分别记录为V3和R3，计算V2与V3之间的电压降ΔV2以及R2与R3之间的内阻变化ΔR2，将电压降或内阻变化大于预设值的电池剔除；ΔV2＝V2﹣V3，ΔR2＝R2﹣R3；
S5、对电池进行恒流恒压充电至电压上限，记录充电容量Ccharge；
S6、对电池恒流放电至电压下限，记录放电容量Cdischarge；
S7、根据高温静置后充放电容量计算电池活性锂损失量，根据电池活性锂损失量判断电池自放电状态，筛选出符合预设要求的电池。
2.如权利要求1所述的锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，其特征在于，所述步骤S1中，静置温度条件为45℃，静置时间为72h。
3.如权利要求1所述的锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，其特征在于，所述步骤S3中，静置时间为72h～96h。
4.如权利要求1所述的锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，其特征在于，所述步骤S4中，高温静置温度条件为55℃～60℃，静置时间为72h。
5.如权利要求1所述的锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，其特征在于，所述步骤S5中，测试使用的恒电流密度为0.1C，充电截止电压设置为4.2V，恒压充电截止电流为0.1A。
6.如权利要求1所述的锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，其特征在于，所述步骤S6中，测试使用的恒电流密度为0.1C，放电截止电压为2.75V。
7.如权利要求1所述的锂离子电池自放电状态快速评估筛选方法，其特征在于，所述步骤S7中，Lli＝Ccharge/Cdischarge，其中，Lli为电池活性锂损失量，Ccharge为高温静置恢复室温后的充电容量，Cdischarge为高温静置恢复室温后的放电容量；判断依据为：若LLi≤3％，视为该电池自放电状态符合预设要求；若LLi＞3％，则视为该电池自放电状态不符合预设要求，应剔除。
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