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一种精确监测锂离子 电池 循环寿命的充放电测试方法

阅读：1发布：2021-06-07

专利汇可以提供一种精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提出的一种精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法，包括以下步骤：S1、获取电芯初始容量C0和直流内阻DCR0；S2、对电池进行周期性充放电，每一个充放电周期内包含a次循环充放，且前a-1次充放电时，以1C/1C循环充放；在第a次充放电时，以1C充电后，首先以1C放电至截止电压，再静置第一时间，然后以0.1C放电至截止电压；再静置第一时间，再以0.01C放电至截止电压；S3、进行k个充放电周期后检测电芯当前容量Cn和直流内阻DCRn；a≧10k；S4、根据当前容量Cn和直流内阻DCRn判断电芯循环寿命是否终止；是，则记录电池循环寿命；否，则返回步骤S2。本发明能够均匀地消除循环累积的极化，使负极脱出更多的有效锂保证循环，使锂离子电池循环寿命测试结果提升30％以上。，下面是一种精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取电芯初始容量C0和直流内阻DCR0；
S2、对电池进行周期性充放电，每一个充放电周期内包含a次循环充放，且前a-1次充放电时，以1C/1C循环充放；在第a次充放电时，以1C充电后，首先以1C放电至截止电压，再静置第一时间，然后以0.1C放电至截止电压；再静置第一时间，再以0.01C放电至截止电压；
S3、进行k个充放电周期后检测电芯当前容量Cn和直流内阻DCRn；a≧10k；
S4、根据当前容量Cn和直流内阻DCRn判断电芯循环寿命是否终止；是，则记录电池循环寿命；否，则返回步骤S2。
2.如权利要求1所述的精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法，其特征在于，a＝50。
3.如权利要求1所述的精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法，其特征在于，k＝4。
4.如权利要求1所述的精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法，其特征在于，第一时间为1h。
5.如权利要求1所述的精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法，其特征在于，步骤S1中，获取电芯初始容量C0的具体方式为：在0.33C条件下测试电芯定容3周的均值作为初始容量C0。
6.如权利要求5所述的精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法，其特征在于，步骤S3中，电芯当前容量Cn为：常温静态环境中，在0.33C条件下测试获得的电芯定容值。
7.如权利要求1所述的精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法，其特征在于，步骤S1中，直流内阻DCR0为50％DOD下的DCR值；步骤S3中，直流内阻DCRn为50％DOD下的DCR值。
8.如权利要求1至7任一项所述的精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法，其特征在于，根据当前容量Cn和直流内阻DCRn判断电芯循环寿命是否终止的具体方法为：判断容量保持率Cn/C0是否小于预设的容量门限值，或者直流电阻增长率DCRn/DCR0是否大于预设的内阻门限值；是，则判断电芯循环寿命终止；否，则返回步骤S2。
9.如权利要求8所述的精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法，其特征在于，容量门限值为80％，内阻门限值为150％。

说明书全文

一种精确监测锂离子 电池 循环寿命的充放电测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及锂电池生产技术领域，尤其涉及一种精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法。

背景技术

[0002] 锂离子电池由于具有高可逆性、循环寿命长、高能量密度、无记忆效应、以及环境友好等优点已经广泛应用于各种数码电子器件中，并在电动汽车和储能电站等领域也具有广阔的应用前景。作为新能源汽车的重要组成部分，电池的性能在很大程度上决定了车辆的综合表现。同时锂离子电池的长循环寿命是其综合性能评价的重要一环，关系到电芯的配组及成本等重要问题。同时影响锂离子电池的寿命有很多因素，如材料种类、水分、电解液、极片设计参数等；除了这些电芯本身的影响外，测试环境及条件也是影响寿命的一大重要因素，如测试倍率、截止电压、电流、测试中的过充、过放等。其中不同的测试方法也会对电池寿命造成影响。研究发现随着循环过程的进行，电芯极化不断变大，负极的电压越来越低，正极的电压越来越高，循环的可用容量越来越低；电芯的极化增大导致有部分Li+无法脱出，有效锂慢慢减少，从而使得电池循环寿命的测试结果大大降低，影响电池性能测试的精确。

发明内容

[0003] 基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法。

[0004] 本发明提出的一种精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法，包括以下步骤：

[0005] S1、获取电芯初始容量C0和直流内阻DCR0；

[0006] S2、对电池进行周期性充放电，每一个充放电周期内包含a次循环充放，且前a-1次充放电时，以1C/1C循环充放；在第a次充放电时，以1C充电后，首先以1C放电至截止电压，再静置第一时间，然后以0.1C放电至截止电压；再静置第一时间，再以0.01C放电至截止电压；

[0007] S3、进行k个充放电周期后检测电芯当前容量Cn和直流内阻DCRn；a≧10k；

[0008] S4、根据当前容量Cn和直流内阻DCRn判断电芯循环寿命是否终止；是，则记录电池循环寿命；否，则返回步骤S2。

[0009] 优选的，a＝50。

[0010] 优选的，k＝4。

[0011] 优选的，第一时间为1h。

[0012] 优选的，步骤S1中，获取电芯初始容量C0的具体方式为：在0.33C条件下测试电芯定容3周的均值作为初始容量C0。

[0013] 优选的，步骤S3中，电芯当前容量Cn为：常温静态环境中，在0.33C条件下测试获得的电芯定容值。

[0014] 优选的，步骤S1中，直流内阻DCR0为50％DOD下的DCR值；步骤S3中，直流内阻DCRn为50％DOD下的DCR值。

[0015] 优选的，根据当前容量Cn和直流内阻DCRn判断电芯循环寿命是否终止的具体方法为：判断容量保持率Cn/C0是否小于预设的容量门限值，或者直流电阻增长率DCRn/DCR0是否大于预设的内阻门限值；是，则判断电芯循环寿命终止；否，则返回步骤S2。

[0016] 优选的，容量门限值为80％，内阻门限值为150％。

[0017] 本发明提出的一种精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法，能够均匀地消除循环累积的极化，使负极脱出更多的有效锂保证循环，使锂离子电池循环寿命测试结果提升30％以上，保证了测试结果的精确。

[0018] 本发明通过RPT(Reference Performance Test，参考性能测试)测试实现，能更直观有效地监控电池的健康状态，能及时、准确地判断锂离子电池的寿命及失效状态[0019] 本发明中，可通过软件自动监控每圈循环的库伦效率值，做相关运算即可判断电池后期可能出现加速衰减的定性概率，方法新颖、操作简单。附图说明

[0020] 图1为本发明提出的一种精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法的流程图；

[0021] 图2为磷酸铁锂电池常温25℃-1C/1C循环性能改善前后对比及库伦效率预测寿命曲线；

[0022] 图3为三元NCM622电池高温45℃-1C/1C循环性能改善前后对比及库伦效率预测寿命曲线；

[0023] 图4为三元Ni85电池常温25℃-1C/1C循环性能改善前后对比及库伦效率预测寿命曲线。

具体实施方式

[0024] 参照图1，本发明提出的一种精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法，包括以下步骤：

[0025] S1、获取电芯初始容量C0和直流内阻DCR0。具体的，本实施方式中，在0.33C条件下测试电芯定容3周的均值作为初始容量C0。且，本实施方式中，直流内阻DCR0为50％DOD(depth of discharge，电池放电量与电池额定容量的百分比)下的DCR值。

[0026] S2、对电池进行周期性充放电，每一个充放电周期内包含a次循环充放，且前a-1次充放电时，以1C/1C循环充放；在第a次充放电时，以1C充电后，首先以1C放电至截止电压，再静置第一时间，然后以0.1C放电至截止电压；再静置第一时间，再以0.01C放电至截止电压。

[0027] 如此，本实施方式中，通过多次循环充放过程中，插入小电流放电过程，实现了测试过程中均匀地消除循环累积的极化，使负极脱出更多的有效锂，保证锂离子电池循环寿命。

[0028] 具体的，本实施方式中，a＝50，第一时间为1h。

[0029] S3、进行k个充放电周期后检测电芯当前容量Cn和直流内阻DCRn。a≧10k。本实施方式中，k＝4。且，电芯当前容量Cn为：常温静态环境中，在0.33C条件下测试获得的电芯定容值；直流内阻DCRn为50％DOD下的DCR值。如此，保证了电芯当前容量Cn与电芯初始容量C0的测试条件的一致，以及当前直流内阻DCRn与直流内阻DCR0的一致，有利于保证后续对电芯循环寿命的准确判断。

[0030] S4、根据当前容量Cn和直流内阻DCRn判断电芯循环寿命是否终止；是，则记录电池循环寿命；否，则返回步骤S2。

[0031] 具体的，本实施方式中，根据当前容量Cn和直流内阻DCRn判断电芯循环寿命是否终止的具体方法为：判断容量保持率Cn/C0是否小于预设的容量门限值，或者直流电阻增长率DCRn/DCR0是否大于预设的内阻门限值；是，则判断电芯循环寿命终止；否，则返回步骤S2。具体的，容量门限值为80％，内阻门限值为150％。

[0032] 实施例1

[0033] 选取一致性较好的两只方型磷酸铁锂电池，其中1只按照常规的充放电方法进行1C/1C循环，另一只按照本发明中提供的充放电方法进行循环；其他条件如电流、截止电压、静置时间、测试柜及外部环境均保持一致。循环结果如图2所示，图2中已省略过程中的消除极化相关数据，只选取正常循环数据进行对比。可见，按照每圈库伦效率值的乘积预测的寿命约1000周左右，而实测的寿命为2000周，预测寿命只占实测寿命的50％，说明循环极化导致负极的锂沉积较多，循环有效锂变少，正极额外脱出了较多锂作为补偿，这不利于正极材料结构的稳定。同时可以发现使用本发明提供的充放电方法测得的寿命>2600周，比常规实测寿命提高了30％左右，循环性能改善效果明显。

[0034] 实施例2

[0035] 选取一致性较好的两只VDA三元622电池，其中1只按照常规的充放电方法进行1C/1C循环，另一只按照本发明中提供的充放电方法进行循环；其他条件如电流、截止电压、静置时间、测试柜及外部环境均保持一致。循环结果如图3所示，图3中已省略过程中的消除极化相关数据，只选取正常循环数据进行对比。可见，按照每圈库伦效率值的乘积预测的寿命约500周左右，而实测的寿命为930周，预测寿命只占实测寿命的54％左右，说明循环极化依然导致了负极的锂沉积较多，使循环有效锂变少，需从三元正极中额外脱出较多锂作为补偿，这不利于三元材料结构的稳定，会导致锂镍混排增加、材料颗粒破碎等，缩短电池寿命。
但同时可以发现使用本发明提供的充放电方法测得的寿命约为1200周，比常规实测寿命提高了近30％，循环性能改善效果明显。

[0036] 实施例3

[0037] 选取一致性较好的两只软包三元Ni85电池，其中1只按照常规的充放电方法进行1C/1C循环，另一只按照本发明中提供的充放电方法进行循环；其他条件如电流、截止电压、静置时间、测试柜及外部环境均保持一致。循环结果如图4所示，图4中，已省略过程中的消除极化相关数据，只选取正常循环数据进行对比。可见，按照每圈库伦效率值的乘积预测的寿命约450周左右，而实测的寿命为900周，预测寿命只占实测寿命的50％左右，说明循环极化依然导致了负极的锂沉积较多，使循环有效锂变少，需从三元正极中额外脱出较多锂作为补偿，这不利于三元材料结构的稳定，会导致锂镍混排增加、材料颗粒破碎等，缩短电池寿命。但同时可以发现使用本发明提供的充放电方法测得的寿命约为1350周，比常规实测寿命提高了50％，循环性能改善效果明显，这是因为对于高能量密度的高镍正极材料来说，循环极化现象更严重。

[0038] 结合以上3个实施例，可知，本发明提供的测试方法，可均匀地消除循环累积的极化，使负极脱出更多的有效锂，从而使得电池循环寿命提升30％以上。

[0039] 以上所述，仅为本发明涉及的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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