一種電池循環性能加速評估方法
2023-04-23 22:12:21 1
專利名稱：一種電池循環性能加速評估方法
技術領域：
本發明涉及電池技術領域，特別是涉及一種電池循環性能加速評估方法。
背景技術：
目前，鋰離子電池具有比能量高、循環使用次數多、存儲時間長等優點，不僅在可攜式電子設備上如行動電話、數碼攝像機和手提電腦得到廣泛應用，而且也廣泛應用於電動汽車、電動自行車以及電動工具等大中型電動設備方面。對於電池，循環性能是評價電池好壞的重要因素之一。各種電池對循環次數的要求各不相同，手機電池要求常溫循環500次，容量剩餘80%，有些筆記本電池要求循環800次，而動力電池要求循環200(T3000次，完成規定的循環次數耗時較長，尤其像動力電池需要一年多至兩年的時間才能完成上千次循環。而經歷如此漫長時間，才能評估得到電池循環性能好壞，可謂是資源、能源的浪費，大大增加了電池循環性能的評估成本。因此，目前迫切需要開發出一種方法，其可以方便、可靠地對電池的循環性能進行評估，縮短電池的循環時間，降低電池循環性能的評估成本，進而降低電池的生產成本。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種電池循環性能加速評估方法，其可以方便、可靠地對電池的循環性能進行評估，縮短電池的循環時間，降低電池循環性能的評估成本，進而降低電池的生產成本，有利於提高電池生產廠家產品的市場應用前景，具有重大的生產實踐意義。為此，本發明提供了一種電池循環性能加速評估方法，包括步驟
第一步對電池進行充電，直至達到飽和狀態；
第二步實時對電池進行放電；
第三步當電池放電至第一預設荷電狀態時，增大電池的放電電壓至預設放電電壓，直至電池電壓放電至第二預設荷電狀態，返回執行第一步，周而復始，循環執行，直到達到用戶設定的電池充電和放電循環次數。其中，在所述第一步中，具體使用電流脈衝對電池進行充電操作；
在所述第二步中，具體使用電流脈衝對電池進行放電操作。其中，所述第一預設荷電狀態SOC為100%或者80%，所述第二預設荷電狀態SOC為50%。由以上本發明提供的技術方案可見，與現有技術相比較，本發明提供了一種電池循環性能加速評估方法，其可以方便、可靠地對電池的循環性能進行評估，縮短電池的循環時間，降低電池循環性能的評估成本，進而降低電池的生產成本，有利於提高電池生產廠家產品的市場應用前景，具有重大的生產實踐意義。
圖1為本發明提高的一種電池循環性能加速評估方法的流程 圖2為一種電池的放電曲線示意 圖3為對比例與四個實施例在25°C下的循環容量對比示意圖。
具體實施例方式為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步的詳細說明。參見圖1，本發明提供了一種電池循環性能加速評估方法，其可以方便、可靠地對電池的循環性能進行評估，縮短電池的循環時間，具體包括以下步驟
第一步對電池進行充電，直至達到飽和狀態；
第二步實時對電池進行放電；
第三步當電池放電至第一預設荷電狀態時，增大電池的放電電壓至預設放電電壓，直至電池電壓放電至第二預設荷電狀態，返回執行第一步，周而復始，循環執行，直到達到用戶設定的電池充電和放電循環次數。在本發明中，具體實現上，在第二步中，可以保持電池放電倍率(C，即表示電池充放電時電流大小的比率)不變,也可以通過增大電池放電倍率,進一步縮短電池的循環時間。需要說明的是，本發明可以通過增大電池放電倍率C，再次縮短放電時間，進一步縮短一次充放電循環所需時間，加速評估電池的循環性能。在本發明中，在第一步中，具體可以使用電流脈衝對電池進行充電操作。具體可以採用美國Arbin公司的充放電設備。在本發明中，在第二步中，具體可以使用電流脈衝對電池進行放電操作。具體可以採用美國Arbin公司的充放電設備。在本發明中，所述預設放電電壓可以根據電池的容量或者電池生產廠家的需要預設進行設定，例如可以4V。在本發明中，需要說明的是，所述荷電狀態(SOC)為電池使用一段時間或長期擱置不用後的剩餘容量與其完全充電狀態的容量的比值，常用百分數表示。其取值範圍為(Tl，當SOC=O時表示電池放電完全，當SOC=I時表示電池完全充滿。在本發明中，所述第一預設荷電狀態SOC和第二預設荷電狀態SOC可以根據電池的容量或者電池生產廠家的需要預設進行設定，所述第一預設荷電狀態SOC優選為100%或者80%，所述第二預設荷電狀態SOC優選為50%。因此，對於本發明，由於電池放電電壓的提升,使得電池的充電時間和放電時間都有明顯的縮短，從而縮短電池執行一次充電和放電循環所需要的時間。參見圖2所示，由於滿電狀態(圖2中放電曲線上端)對電池容量、能量消耗最高，電液、材料均在此消耗，而電池的正極和負極電壓低、電位低時對電池容量的損耗較低，每次循環均在電池放電曲線的上部容量損耗最大。因此，在本發明中提升放電電壓為80%荷電狀態SOC (圖2中的B點)，當從80%荷電狀態SOC處增大電池的放電電壓，加快對電池容量的損耗，電池放電至50%荷電狀態SOC (圖2中的C點)時，實時啟動對電池的充電，從而使得電池的放電、充電操作在100%的SOC與80%的SOC或50%S0C中往復進行，可有效地縮短循環時間，加速循環衰減。
對於本發明，其得到的電池充電和放電循環次數，具有一定的比例相關性，再次通過循環實驗驗證比例關係的可靠性，從而確定快速評估方法的可行性，作為循環性能加速評估的方法。需要說明的是，對於鋰離子電池，其在充電過程中，鋰離子飽和地插入到負極，在加速循環方法中，保持與常規充電過程更接近。這是由於鋰離子電池在充電的過程中，正極的鋰原子會喪失電子，氧化為鋰離子，鋰離子經由電解液插入到負極上，充電制式保持不變，使充電達到飽和狀態，更多的鋰離子插入至負極。而放電過程，則是嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，運動回正極。加速循環中，由於未達到3. OV的放電電壓，因此，負極的鋰離子在未完全嵌入至正極的情況下，再次進行下一次充電，使嵌入正極的鋰離子繼續運動回負極，循環往復運動。此外，本發明通過增大電池放電倍率至最大允許放電電流,可有效地縮短放電時 間，從而使一個充放電過程時間減少。下面結合實施例對本發明做進一步描述。本發明實施實例中採用4. 3V體系，其中正極材料為鈷酸鋰，負極材料為改性石墨，隔膜為18um厚度隔膜，極耳為4mm寬極耳，包裝為113um厚度的鋁塑封裝袋，其最低容量為1500mAh。按照設計的製作工藝，裝配為成品電池，針對電池性能，作以下比較例和實施例實驗，採用同一批電池對比分析電池對比實驗和加速循環實驗的循環性能。需要說明的是，對於本發明，只是以此款電池為實例，並不局限於此款電池，也不局限於鋰電池，其他類型、用途的可充放電電池均可適用於此方法。比較例
採用常規的充、放電制式進行循環性能測試。常規的充、放電制式是指對於不同型號的電池，按照對應的充放電電流和電壓要求。這一點針對不同型號的電池，充放電制式不同。本發明只以一種4. 3V體系的電池為例，當然，此評估方法也適用於4. 2V、4. 35V體系，不同型號的電池只需改變IC (電池放電倍率)的具體數值，改變充電截止電流，放電電壓即可。同時，電池的循環次數也可根據具體電池的使用範圍不同而增加，例如手機電池以循環500次，筆記本電池要求循環800次，電動汽車電池要求循環1000次，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。本發明的比較例是按照表I的充放電制式進行循環測試的，具體數據如表I所示。表1:比較例的循環測試條件。
循環I序I截止電重複次循環
狀態電流電壓休眠
條件號流電壓數次數
25V I 充電 0.7C 4.3￥ 0.025 C 10
------50 10
循環 2 放電 (X5 C - 3 .OV 10
45V I 充電 0.7C 4 JV 0.025 C 10
------50 S
循環 2 放電 0.5 C - 3.OV 10
一個充放電循環周期為4. 5小時，按照500次的循環要求需要3個月零5天完成。實施例1 :
預設放電電壓為4. 0V。充電制式保持不變，使鋰離子儘可能飽和地插入到負極，放電電壓設定為4. 0V,保持49次淺充淺放，第50次時完全放電至3. 0V, 50次一循環，循環10次使25°C循環達到500次；循環8次使45°C循環達到400次。具體充放電循環制式如表2所
/Jn o表2 :實施例1的循環測試條件。
權利要求
1.一種電池循環性能加速評估方法，其特徵在於，包括步驟第一步對電池進行充電，直至達到飽和狀態；第二步實時對電池進行放電；第三步當電池放電至第一預設荷電狀態時，增大電池的放電電壓至預設放電電壓，直至電池電壓放電至第二預設荷電狀態，返回執行第一步，周而復始，循環執行，直到達到用戶設定的電池充電和放電循環次數。
2.如權利要求1所述的評估方法，其特徵在於，在所述第一步中，具體使用電流脈衝對電池進行充電操作；在所述第二步中，具體使用電流脈衝對電池進行放電操作。
3.如權利要求1所述的評估方法，其特徵在於，所述第一預設荷電狀態SOC為100%或者80%，所述第二預設荷電狀態SOC為50%。
全文摘要
本發明公開了一種電池循環性能加速評估方法，包括步驟第一步對電池進行充電，直至達到飽和狀態；第二步實時對電池進行放電；第三步當電池放電至第一預設荷電狀態時，增大電池的放電電壓至預設放電電壓，直至電池電壓放電至第二預設荷電狀態，返回執行第一步，周而復始，循環執行，直到達到用戶設定的電池充電和放電循環次數。本發明公開的一種電池循環性能加速評估方法，其可以方便、可靠地對電池的循環性能進行評估，縮短電池的循環時間，降低電池循環性能的評估成本，進而降低電池的生產成本，有利於提高電池生產廠家產品的市場應用前景，具有重大的生產實踐意義。
文檔編號H01M10/42GK103018683SQ201210564770
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月24日 優先權日2012年12月24日
發明者王穎, 王玉虎, 程君, 金江敏, 張宏芳, 王曉梅 申請人:天津力神電池股份有限公司