一种锂离子电池析锂的无损检测方法
阅读：906发布：2020-05-12
专利汇可以提供一种锂离子电池析锂的无损检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 锂离子 电池 析锂的 无损检测 方法，包括如下步骤：S1.将待测软 包装 锂离子电池 充电至设定状态，然后静置；S2.在所述充电过程和所述静置过程中，实时采集所述待测软包装锂离子电池的厚度，绘制所述厚度随时间变化的厚度曲线图；S3.若所述厚度曲线图，出现厚度随时间先下降后保持平稳的现象，则判断待测软包装锂离子电池有析锂现象。本发明中，仅需要根据采集到的软包装锂离子电池的厚度曲线就可以无损分析锂离子电池是否发生析锂，操作简单易懂，方便快捷，提高了判断的准确性，以及用户无需将电池内的电芯进行拆卸，提高了安全性；可作为电池老化过程中电池失效分析的依据，也可为优化电池设计和充电方法提供依据。，下面是一种锂离子电池析锂的无损检测方法专利的具体信息内容。
1.一种锂离子电池析锂的无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将待测软包装锂离子电池充电至设定状态，然后静置；
S2.在所述充电过程和所述静置过程中，实时采集所述待测软包装锂离子电池的厚度，绘制所述厚度随时间变化的厚度曲线图；
S3.若所述厚度曲线图中，出现厚度随时间先下降后保持平稳的现象，则判断待测软包装锂离子电池有析锂现象。
2.如权利要求1所述的锂离子电池析锂的无损检测方法，其特征在于，所述充电为恒流充电。
3.如权利要求1所述的锂离子电池析锂的无损检测方法，其特征在于，，所述充电至设定状态为充电至设定充电截止电压。
4.如权利要求1所述的锂离子电池析锂的无损检测方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括：将待测软包装锂离子电池恒流放电后静置。
5.如权利要求1所述的锂离子电池析锂的无损检测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，在所述充电过程和所述静置过程中，还包括实时采集所述待测软包装锂离子电池的电压，绘制电压随时间变化的电压曲线图。
6.如权利要求5所述的锂离子电池析锂的无损检测方法，其特征在于，所述厚度曲线图和电压曲线图绘制在同一坐标系中。
7.如权利要求5所述的锂离子电池析锂的无损检测方法，其特征在于，所述采集厚度的间隔时间同所述采集电压的间隔时间相同。
8.如权利要求1所述的锂离子电池析锂的无损检测方法，其特征在于，所述充电的过程和所述静置的过程的温度相同，且均为恒温条件。
9.如权利要求8所述的锂离子电池析锂的无损检测方法，其特征在于，所述恒温条件的温度误差为±2℃。
一种锂离子电池析锂的无损检测方法
技术领域
背景技术
[0002] 锂离子电池作为一种新能源技术一直受到各行各业的关注，凭借其高能量密度、长循环寿命等优点，已经率先在手机、笔记本电脑等3C类电子产品领域得到广泛应用，并且锂离子电池产业作为我国重点发展的新能源、新能源汽车和新材料三大产业中的交叉产业，近年来更是进入了快速发展的绿色通道。随着科技的进步以及市场竞争愈加激烈，对锂离子电池性能要求也越来越严格，主要趋势为要求锂离子电池具备更高的能量密度、更优异的倍率性能和循环寿命、安全性能好等特点。
[0003] 锂离子电池的快速充电性能是目前市场需求的重要指标，快速充电性能与电池是否析锂密切相关，充电倍率过大会导致负极表面出现析锂，锂枝晶的析出会严重影响电池容量的发挥和循环寿命，还存在一定安全风险。因此在电池设计的过程中，识别其负极表面是否出现析锂，对于电池的老化失效分析以及优化电池设计、充电方法具有非常重要的意义。
[0004] 目前检测锂离子电池析锂的方法包括拆解法和无损检测。拆解法属于破坏性的检测方法，即对锂离子电池进行拆解，然后通过肉眼观察负极表面是否有金属锂析出，该方法对电池进行拆解之后无法进行后续的分析测试，更重要的是在电池的拆解过程中，存在严重的安全隐患，容易因操作不当或生产环境不良而发生安全事故，导致财产损失，甚至危害工作人员的人身安全。
[0005] 现在，拆解法正逐步被无损检测所替代，无损检测不需对电池进行不可逆的拆解就能获取电池析锂的情况。例如CN102818998A公开了一种锂离子动力电池析锂的检测方法，该方法是通过检测工具检测待测锂离子动力电池的金属外壳与负极端子间电压来判断锂离子动力电池内部是否出现析锂；当测量得待测锂离子动力电池的金属外壳与负极端子间电压高于2V时，则可知该锂离子动力电池内部无析锂，否则有析锂。本发明通过利用检测工具来检测电池的负极端子与电池金属外壳间电压，从而可以判断出锂离子动力电池是否出现析锂。CN108872859A提供的电池析锂的检测方法，包括：在电池充电结束后，静置电池；采集所述电池在静置过程中的电压曲线；当所述电压曲线中包含平台区间或者反弹区间时，确定所述电池析锂。本发明的技术方案仅需要根据采集到的电压曲线就可以判定电芯是否发生析锂。CN110058170A公开了一种锂离子电池析锂无损表征方法，包括步骤：将待检测电池在常温下恒流放电至3.0V后第一次静置；将第一次静置后的电池恒流充电至4.2V后第二次静置；在第二次静置的时间段内实时采集待检测电池电压的变化数据，将电池电压的变化数据绘制电压随时间变化曲线图；若在第二次静置的时间段内待检测电池出现电压的二次下降，则判断待检测电池有析锂现象。CN109655760A开了一种锂离子电池的无损检测方法，包括以下步骤：待测电池的充电过程、电化学激励过程、分析过程。本发明根据电化学激励过程中锂离子电池交流阻抗随时间的变化情况来判断电池内部是否析锂，当交流阻抗出现随时间阶跃的现象，说明在充电过程中所述待测锂离子电池出现析锂。
[0006] 上述检测方法均能在无损条件下反应锂离子电池内部的析锂情况，但本申请的发明人在实现本申请实施例的过程中，发现上述技术均是在不拆解锂离子电池的情况下，通过获取合适的电学参数，然后对电学参数进行分析，继而得到锂离子电池的析锂情况。但是利用检测软包装锂离子电池的厚度变化来识别析锂的无损检测方法还未见报道。
发明内容
[0008] 本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：一种锂离子电池析锂的无损检测方法，包括如下步骤：
S1.将待测软包装锂离子电池充电至设定状态，然后静置；
S2.在所述充电过程和所述静置过程中，实时采集所述待测软包装锂离子电池的厚度，绘制所述厚度随时间变化的厚度曲线图；
S3.若所述厚度曲线图，出现厚度随时间先下降后保持平稳的现象，则判断待测软包装锂离子电池有析锂现象。
S1.将待测软包装锂离子电池充电至设定状态，然后静置；
S2.在所述充电过程和所述静置过程中，实时采集所述待测软包装锂离子电池的厚度，绘制所述厚度随时间变化的厚度曲线图；
S3.若所述厚度曲线图，出现厚度随时间先下降后保持平稳的现象，则判断待测软包装锂离子电池有析锂现象。
[0009] 进一步地，所述充电为恒流充电。
[0010] 进一步地，所述充电至设定状态为充电至设定充电截止电压。
[0011] 进一步地，在所述步骤S1之前还包括：将待测软包装锂离子电池恒流放电后静置。
[0012] 进一步地，在所述步骤S2中，在所述充电过程和所述静置过程中，还包括实时采集所述待测软包装锂离子电池的电压，绘制电压随时间变化的电压曲线图。
[0013] 进一步地，所述厚度曲线图和电压曲线图绘制在同一坐标系中。
[0014] 进一步地，所述采集厚度的间隔时间同所述采集电压的间隔时间相同。
[0015] 进一步地，所述充电的过程和所述静置的过程的温度相同，且均为恒温条件。
[0016] 进一步地，所述恒温条件的温度误差为±2℃。
[0017] 本发明具有如下有益效果：本发明中，仅需要根据采集到的软包装锂离子电池的厚度曲线就可以无损分析锂离子电池是否发生析锂，操作简单易懂，方便快捷，提高了判断的准确性，以及用户无需将电池内的电芯进行拆卸，提高了安全性；可作为电池老化过程中电池失效分析的依据，也可为优化电池设计和充电方法提供依据。
附图说明
附图说明
[0018] 图1为本发明充电电流和电压与时间的关系图；图2为本发明实施例1在充电过程和所述静置过程中的厚度曲线图和电压曲线图；
图3为本发明实施例2在充电过程和所述静置过程中的厚度曲线图和电压曲线图；
图4为本发明实施例3在充电过程和所述静置过程中的厚度曲线图和电压曲线图；
图5为本发明实施例1-3中锂离子电池的拆解图。
图3为本发明实施例2在充电过程和所述静置过程中的厚度曲线图和电压曲线图；
图4为本发明实施例3在充电过程和所述静置过程中的厚度曲线图和电压曲线图；
图5为本发明实施例1-3中锂离子电池的拆解图。
具体实施方式
[0019] 本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
[0021] 本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语“包含”还包括术语“由…组成”和“基本上由…组成”。本发明的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组分、步骤或限制项组成。
[0022] 在说明书和权利要求书中使用的涉及组分量、工艺条件等的所有数值或表述在所有情形中均应理解被“约”修饰。涉及相同组分或性质的所有范围均包括端点，该端点可独立地组合。由于这些范围是连续的，因此它们包括在最小值与最大值之间的每一数值。还应理解的是，本申请引用的任何数值范围预期包括该范围内的所有子范围。
[0023] 一种锂离子电池析锂的无损检测方法，包括如下步骤：S1.将待测软包装锂离子电池充电至设定状态，然后静置；
其中，所述充电为恒流充电。所述充电至设定状态为充电至设定充电截止电压。
其中，所述充电为恒流充电。所述充电至设定状态为充电至设定充电截止电压。
[0024] 本发明中，可以以待测软包装锂离子电池的充电截止电压、充电倍率、充电温度等充电参数作为变量，采用本发明的方法进行析锂的无损检测。利用本发明中的检测方法能够得出锂离子电池适宜的充电条件，为锂离子电池的老化过程中电池失效分析和快速充电参数提供依据。
[0025] 具体地，在充电时，可以以待测软包装锂离子电池的充电倍率作为变量，按照预先设定的充电倍率进行充电，采用本发明的方法进行析锂的无损检测。在本发明实施例中，针对于不同型号或者不同组成结构的软包装锂离子电池，可以设置有不同的充电倍率。作为举例，以充电倍率作为变量，分别以0.5C、0.7C和1C作为充电倍率，但不局限于此。
[0026] 在充电时，还可以以待测软包装锂离子电池的充电截止电压作为变量，按照预先设定的充电截止电压进行充电，采用本发明的方法进行析锂的无损检测。在本发明实施例中，针对于不同型号或者不同组成结构的软包装锂离子电池，可以设置有不同的充电截止电压。作为举例，以充电截止电压为变量，分别以4.0V、4.1V、4.2V作为充电截止电压。
[0027] 静置可以理解为电池既不充电也不放电，处于非工作状态。
[0028] 本发明中对静置的时间不作具体限定，可以采用本领域技术人员熟知的静置时间即可，作为举例，所述静置时间可以为2h，可以理解，并不局限于此，也可以是其他未列举在本实施例中的但被本领域技术人员所熟知的其他静置时间。
[0029] S2.在所述充电过程和所述静置过程中，实时采集所述待测软包装锂离子电池的厚度，绘制所述厚度随时间变化的厚度曲线图；本发明中，对实时采集待测软包装锂离子电池的厚度的装置不作特别限定，只要实现自动连续计数，且精度较高即可，可以在市场上直接购置，本发明对其结构不再赘述。作为优选，该装置可以为Mitutoyo ID-C112XB，测量范围为0.001mm-12.7mm，但不局限于此。
[0030] 需要说明的是，所述待测软包装锂离子电池的厚度是指软包装锂离子电池的面积最大的两个面之间的厚度。
[0031] S3.若所述厚度曲线图中，出现厚度随时间先下降后保持平稳的现象，则判断待测软包装锂离子电池有析锂现象。
[0032] 更具体地，分析所述厚度曲线图中，充电结束后静置过程中是否出现厚度随时间先下降后保持平稳的现象，若出现该现象，则判断待测软包装锂离子电池有析锂现象；若未出现该现象，则判断待测软包装锂离子电池正常。
[0033] 本发明中，在所述步骤S1之前还包括：将待测软包装锂离子电池恒流放电后静置。
[0034] 作为进一步改进，在所述步骤S2中，在所述充电过程和所述静置过程中，还包括实时采集所述待测软包装锂离子电池的电压，绘制电压随时间变化的电压曲线图。
[0035] 可以理解的是，在本发明中，电池的电压在充电结束时的电压值最高，静置期间充电电流为零，电压由于极化存在会出现一定幅度下降。
[0036] 本发明中，所述厚度曲线图和电压曲线图绘制在同一坐标系中。
[0037] 本发明中，在所述充电过程和所述静置过程中，实时采集所述待测软包装锂离子电池的电压和厚度，在同一坐标系中绘制厚度曲线图和电压曲线图，通过对照分析可以更加直观地监测分析充电结束后静置过程中厚度的变化，以便更准确地判断是否出现厚度随时间先下降后保持平稳的现象。
[0038] 本发明中，所述采集厚度的间隔时间同所述采集电压的间隔时间相同。本发明中，对采集厚度的间隔时间和所述采集电压的间隔时间不作特别限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，作为举例，所述间隔时间可以为5s，但不局限于此，也可以为10s，或是其它时长。
[0039] 本发明中，所述充电的过程和所述静置的过程的温度相同，且均为恒温条件。所述恒温条件的温度误差为±2℃。
[0040] 下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
[0041] 实施例1一种锂离子电池析锂的无损检测方法，包括如下步骤：
S1. 以2.28Ah-435573软包装锂离子电池作为待测软包装锂离子电池，将待测软包装锂离子电池以0.2C放电至2.5V后静置10min；
S2.将待测软包装锂离子电池以0.5C恒流充电至设定充电截止电压4.2V，然后静置2h；
S2.在所述充电过程和所述静置过程中，实时采集所述待测软包装锂离子电池的厚度和电压，在同一坐标系中绘制所述厚度随时间变化的厚度曲线图，以及电压随时间变化的电压曲线图；
S3.若所述厚度曲线图中，在充电结束后静置过程中出现厚度随时间先下降后保持平稳的现象，则判断待测软包装锂离子电池有析锂现象。
S1. 以2.28Ah-435573软包装锂离子电池作为待测软包装锂离子电池，将待测软包装锂离子电池以0.2C放电至2.5V后静置10min；
S2.将待测软包装锂离子电池以0.5C恒流充电至设定充电截止电压4.2V，然后静置2h；
S2.在所述充电过程和所述静置过程中，实时采集所述待测软包装锂离子电池的厚度和电压，在同一坐标系中绘制所述厚度随时间变化的厚度曲线图，以及电压随时间变化的电压曲线图；
S3.若所述厚度曲线图中，在充电结束后静置过程中出现厚度随时间先下降后保持平稳的现象，则判断待测软包装锂离子电池有析锂现象。
[0042] 其中，所述采集厚度的间隔时间同所述采集电压的间隔时间相同，均为6S。
[0043] 所述充电的过程和所述静置的过程的温度相同，且均为恒温条件，所述恒温条件的温度为25±2℃。
[0044] 实施例2基于实施例1，不同之处，仅在于步骤S2中将待测软包装锂离子电池以0.7C恒流充电至设定充电截止电压4.2V，然后静置2h。
[0045] 实施例3基于实施例1，不同之处，仅在于步骤S2中将待测软包装锂离子电池以1C恒流充电至设定充电截止电压4.2V，然后静置2h。
[0046] 图2为本发明实施例1提供的厚度曲线图和电压曲线图，如图2所示，待测软包装锂离子电池的厚度随着恒流充电的进行逐渐增加，充电至4.2V截止电压后，进行2h的静置，静置期间，电压由于极化的影响，有一定程度下降，待测软包装锂离子电池的厚度基本保持不变，说明该充电倍率进行充电的条件下对电池进行充电负极表面不会有锂析出。
[0047] 图3为本发明实施例2提供的厚度曲线图和电压曲线图，如图3所示，该充电倍率充电至4.2V后，静置期间待测软包装锂离子电池的厚度基本保持不变，说明该待测软包装锂离子电池在25℃温度环境下，0.7C充电至4.2V，负极未出现析锂。
[0048] 图4为本发明实施例3提供的厚度曲线图和电压曲线图，如图3所示，该充电倍率充电至4.2V后，静置期间待测软包装锂离子电池的厚度出现先下降，然后逐渐保持平稳的现象，说明该充电条件下，负极表面有金属锂的析出。
[0049] 此条件下，对实施例1-3的软包装锂离子电池进行拆解，判断电池内部的析锂情况，拆解结果如图5所示，由图5可以看出有灰白色的物质在负极表面，为金属锂在负极表面析出后发生反应的结果，即当充电倍率为0.5C和0.7C时，充电未出现析锂，充电倍率为1C时，充电负极表面出现析锂，拆解结果与本实施例中无损检测结果相同。由此可以说明，本实施例中无损检测方法能够准确反映锂离子电池内部的析锂情况。
[0050] 以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。
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