一种锂离子电池人工失效的方法与流程

本发明涉及一种锂离子电池人工失效的方法，属于电池测试技术领域。

背景技术：

随着动力电池技术的不断更新，新能源汽车的市场份额占比逐渐增大。而且在国家相关政策的呼吁与支持下，其市场占比会更加扩大化。这一趋势势必带来退役动力电池的爆发式产生。锂离子动力电池正极材料含有丰富的有价金属资源，因此，退役动力电池的回收具有资源再度利用、经济和减少环境污染等多重效益。就目前来讲，退役后的动力电池回收技术主要采用预处理——酸出——深处理过程，工艺复杂、污染较严重。

为此，发明人采用直接修复技术实现锂离子动力电池正极材料的再次服役，工序简化，成本大大降低，同时也减少了对环境的污染。其中，正极材料的直接再生修复与其服役过程中的失效程度密切相关。针对不同失效范围的电极材料，还未报道过对应的再生修复技术，这将增加再生过程的未知因素和工艺复杂性。故根据不同失效程度范围的正极材料给出最优的再生方案，有助于再生修复技术的完善。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种锂离子电池人工失效的方法，通过对充放电程序的设定，得到特定失效范围的动力电池正极材料，为直接再生修复锂离子动力电池的正极材料提供技术支持和理论数据。

本发明为了实现上述的技术目的，采用如下的技术方案。

一种锂离子电池人工失效的方法，包括以下步骤：

步骤一，锂离子电池单体串联焊接得到锂离子电池组。

参见图1，将多个锂离子电池单体依次按照正负极相连的顺序串联并焊接，得到锂离子电池组。

步骤二，计算特定剩余容量所需的充放电次数。

根据锂离子电池单体的充放电性能数据，包括特定倍率和截止电压下的循环寿命，以及大于等于80％剩余容量的标称容量时的循环次数，计算在特定剩余容量范围所需的充放电次数。

步骤三，将步骤一的锂离子电池组连接于高精度电池组检测仪，按照步骤二计算出的充放电次数人工失效至特定剩余容量。

具体的，设置充放电程序，按照步骤二计算出的充放电次数，设置充放电程序进行充放电。

步骤四，拆解锂离子电池组，取出正极极片待用。

具体的，按照上述的一种锂离子电池人工失效的方法，步骤一中，将n个锂离子电池单体依次按照正负极相连的顺序串联并焊接为“n*3.6v40ah”规格的锂离子电池组，其中，n大于等于2。作为一种可实施的方式，将13～15个锂离子电池单体依次按照正负极相连的顺序串联并焊接为“46.8v40ah～54.0v40ah”规格的锂离子电池组。

具体的，按照上述的一种锂离子电池人工失效的方法，步骤二中，根据锂离子电池单电池在特定倍率和截止电压下的循环寿命，以及剩余容量大于等于80％剩余容量的标称容量时的循环次数，求解出在特定剩余容量时所需的充放电次数。特定剩余容量可以根据需要进行设置，例如，设置为80％、50％和10％剩余容量。

具体的，按照上述的一种锂离子电池人工失效的方法，步骤三，充放电程序如下设置：环境温度为25.0℃±1.0℃，

当循环次数小于3次时，

s1、静置；

s2、恒流充电至n*4.2v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数；

s3、静置；

s4、恒流放电至n*3.0v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数；

s5、静置；

重复步骤s2至s5直至循环次数达到3次；

当循环次数到达3时，

s6、恒流充电至n*4.2v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数；

s7、静置；

s8、恒流放电至n*3.0v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数；

s9、静置；

重复步骤s6至s9，直至循环次数达到步骤二计算得到的次数。

具体的，s2中，以0.1-0.5c的电流密度恒流充电，s4中，以0.1-0.5c的电流密度恒流放电；s6中，以1.0-3.0c的电流密度恒流充电，s8中，以1.0-3.0c的电流密度恒流放电。

进一步的，所述充放电程序中，s1、s3、s5、s7、s9的静置时间均为0-30min。

具体的，作为一种可以实施的方案，按照上述的一种锂离子电池人工失效的方法，步骤三，充放电程序如下设置：环境温度为25.0℃±1.0℃，

当循环次数小于3次时，

s1、静置10min；

s2、以0.5c电流密度恒流充电至n*4.2v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数；

s3、静置10min；

s4、以0.5c电流密度恒流放电至n*3.0v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数；

s5、静置10min；

重复2至5直至循环次数达到3次；

当循环次数到达3次时，

s6、以1.25c电流密度恒流充电至n*4.2v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数；

s7、静置10min；

s8、以1.25c电流密度恒流放电至n*3.0v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数；

s9、静置10min；

重复步骤s6至s9，直至循环次数达到步骤二计算得到的次数。

具体的，按照上述的一种锂离子电池人工失效的方法，步骤四的具体方法是，待循环结束，拆解上述锂离子电池组；随后在氩气气氛手套箱中拆解所得动力电池单体，取出正极极片，封装、保存，以供再生修复实验所需。

本发明采用上述的技术方案，得到如下的技术效果。

1、本发明依据锂离子电池再生修复技术，首次提出人工失效方案并得到具体失效程度的正极材料。

2、本发明通过对充放电程序的设定，得到不同具体失效范围的锂离子电池正极材料。

3、本发明依据所需正极材料数量、充放电测试仪规格等条件，实现锂离子电池单体焊接数量的调控。

4、本发明在安全条件范围内，可通过对测试环境(温度与湿度)、充放电倍率、测试电压的调节，实现对电池组失效快慢的调节，具体的，测试温度为25.0±1.0℃，湿度为45％以下，充电倍率根据快速失效的程度和充放电测试仪规格控制在2.0c倍率以下、放电倍率控制在3.0c倍率以内，测试电压在2.80～4.30v范围内。

附图说明

图1为本发明的锂离子电池单体串联焊接得到锂离子电池组的示意图。

图2为本发明的实施例1的锂离子电池组充放电程序流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案进行进一步的描述，使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施。

本发明提供一种锂离子电池人工失效的方法，包括以下步骤：

步骤一，锂离子电池单体串联焊接得到锂离子电池组。

具体的，将n个锂离子电池单体依次按照正负极相连的顺序串联并焊接为“n*3.6v40ah”规格的锂离子电池组，其中，n大于等于2。

步骤二，计算特定剩余容量所需的充放电次数。

根据锂离子电池单体的充放电性能数据，包括特定倍率和截止电压下的循环寿命，以及大于等于80％剩余容量的标称容量时的循环次数，计算在特定剩余容量范围所需的充放电次数。特定剩余容量可以根据需要进行设置，例如，设置为80％、50％和10％剩余容量。

步骤三，将步骤一的锂离子电池组连接于高精度电池组检测仪，按照步骤二计算出的充放电次数人工失效至特定剩余容量。

具体的，设置充放电程序，按照步骤二计算出的充放电次数，设置充放电程序进行充放电。

具体的，按照上述的一种锂离子电池人工失效的方法，步骤三，充放电程序如下设置：环境温度为25.0℃±1.0℃，

当循环次数小于3次时，

s1、静置；

s2、恒流充电至n*4.2v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数；

s3、静置；

s4、恒流放电至n*3.0v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数；

s5、静置；

重复步骤s2至s5直至循环次数达到3次；

当循环次数到达3时，

s6、恒流充电至n*4.2v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数；

s7、静置；

s8、恒流放电至n*3.0v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数；

s9、静置；

重复步骤s6至s9，直至循环次数达到步骤二计算得到的次数。

具体的，s2中，以0.1-0.5c的电流密度恒流充电，s4中，以0.1-0.5c的电流密度恒流放电；s6中，以1.0-3.0c的电流密度恒流充电，s8中，以1.0-3.0c的电流密度恒流放电。

进一步的，所述充放电程序中，s1、s3、s5、s7、s9的静置时间均为0-30min。

步骤四，拆解锂离子电池组，取出正极极片待用。

具体的，待循环结束，拆解上述锂离子电池组；随后在氩气气氛手套箱中拆解所得动力电池单体，取出正极极片，封装、保存，以供再生修复实验所需。

下面通过具体实施例对以上方法进行介绍，需要说明的是，虽然以下实施例是按照相应的参数条件来进行人工失效的，但是，选择以上方法中的其他参数进行人工失效，也可以实现类似的效果。

实施例1

一种锂离子电池人工失效的方法，包括以下步骤：

步骤一，锂离子电池单体串联焊接得到锂离子电池组。

将13个锂离子电池单体依次按照正负极相连的顺序串联并焊接为如下规格的锂离子电池组：46.8v40ah。

步骤二，计算特定剩余容量所需的充放电次数。

根据锂离子电池单体的充放电性能数据，包括特定倍率和截止电压下的循环寿命，以及≥80％的标称容量时的循环次数，计算在80％剩余容量所需的充放电次数。

步骤三，将步骤一的锂离子电池组连接于高精度电池组检测仪，按照步骤二计算出的充放电次数人工失效至80％剩余容量。

参见图2，充放电程序如下设置：环境温度为25.0℃±1.0℃，

当循环次数小于3次时，

s1、静置10min，

s2、以0.5c电流密度恒流充电至n*4.2v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数，本实施例中为13，

s3、静置10min，

s4、以0.5c电流密度恒流放电至n*3.0v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数，本实施例中为13，

s5、静置10min，

重复s2至s5直至循环次数达到3次。

当循环次数到达3次时，

s6、以1.25c电流密度恒流充电至n*4.2v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数，本实施例中为13，

s7、静置10min，

s8、以1.25c电流密度恒流放电至n*3.0v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数，本实施例中为13，

s9、静置10min，

重复步骤s6至s9，直至循环次数达到步骤二计算得到的次数。

步骤四，拆解锂离子电池组，取出正极极片。

待循环结束，拆解上述锂离子电池组；随后在氩气气氛手套箱中拆解所得动力电池单体，取出正极极片，封装、保存，以供再生修复实验所需。

本实施例中，选择锂离子电池单体型号为lp2714895-40ah，由陕西煤业化工技术研究院有限公司提供；高精度电池组检测仪，为深圳市恒翼能科技有限公司的高精度电池组测试仪，型号为hynn-pt10050a-2ch。

实施例2

一种锂离子电池人工失效的方法，包括以下步骤：

步骤一，锂离子电池单体串联焊接得到锂离子电池组。

将15个锂离子电池单体依次按照正负极相连的顺序串联并焊接为如下规格的锂离子电池组：54.0v40ah。

步骤二，计算特定剩余容量所需的充放电次数。

根据锂离子电池单体的充放电性能数据，包括特定倍率和截止电压下的循环寿命，以及≥80％的标称容量时的循环次数，计算在50％剩余容量所需的充放电次数。

步骤三，将步骤一的锂离子电池组连接于高精度电池组检测仪，按照步骤二计算出的充放电次数人工失效至50％剩余容量。

充放电程序如下设置：环境温度为25.0℃±1.0℃，

当循环次数小于3次时，

s1、静置10min，

s2、以0.1c电流密度恒流充电至n*4.2v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数，本实施例中为15，

s3、静置10min，

s4、以0.1c电流密度恒流放电放电至n*3.0v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数，本实施例中为15，

s5、静置10min，

重复s2至s5直至循环次数达到3次。

当循环次数到达3次时，

s6、以1.0c电流密度恒流充电至n*4.2v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数，本实施例中为15，

s7、静置10min，

s8、以1.0c电流密度恒流放电至以n*3.0v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数，本实施例中为15，

s9、静置10min，

重复步骤s6至s9，直至循环次数达到步骤二计算得到的次数。

步骤四，拆解锂离子电池组，取出正极极片。

待循环结束，拆解上述锂离子电池组；随后在氩气气氛手套箱中拆解所得动力电池单体，取出正极极片，封装、保存，以供再生修复实验所需。

本实施例中，选择锂离子电池单体型号为lp2714895-40ah，由陕西煤业化工技术研究院有限公司提供；高精度电池组检测仪，为深圳市恒翼能科技有限公司的高精度电池组测试仪，型号为hynn-pt10050a-2ch。

实施例3

一种锂离子电池人工失效的方法，包括以下步骤：

步骤一，锂离子电池单体串联焊接得到锂离子电池组。

将13个锂离子电池单体依次按照正负极相连的顺序串联并焊接为如下规格的锂离子电池组：46.8v40ah。

步骤二，计算特定剩余容量所需的充放电次数。

根据锂离子电池单体的充放电性能数据，包括特定倍率和截止电压下的循环寿命，以及≥80％的标称容量时的循环次数，计算在10％剩余容量所需的充放电次数。

步骤三，将步骤一的锂离子电池组连接于高精度电池组检测仪，按照步骤二计算出的充放电次数人工失效至80％剩余容量。

充放电程序如下设置：环境温度为25.0℃±1.0℃，当循环次数小于3次时，

s1、静置10min，

s2、以0.25c电流密度恒流充电至n*4.2v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数，本实施例中为13，

s3、静置10min，

s4、以0.25c电流密度恒流放电至n*3.0v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数，本实施例中为13，

s5、然后静置10min，

重复s2至s5直至循环次数达到3次。

当循环次数到达3次时，

s6、以5.0c电流密度恒流充电至n*4.2v电压，其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数，本实施例中为13，

s7、静置10min，

s8、然后以5.0c电流密度恒流放电至以n*3.0v电压(其中n为锂离子电池组中锂离子电池单体的个数)，

s9、静置10min，

重复步骤s6至s9，直至循环次数达到步骤二计算得到的次数。

步骤四，拆解锂离子电池组，取出正极极片。

待循环结束，拆解上述锂离子电池组；随后在氩气气氛手套箱中拆解所得动力电池单体，取出正极极片，封装、保存，以供再生修复实验所需。

本实施例中，选择锂离子电池单体型号为lp2714895-40ah，由陕西煤业化工技术研究院有限公司提供；高精度电池组检测仪，为深圳市恒翼能科技有限公司的高精度电池组测试仪，型号为hynn-pt10050a-2ch。

本发明提供的技术方案，不受上述实施例的限制，凡是利用本发明的结构和方式，经过变换和代换所形成的技术方案，都在本发明的保护范围内。