一种表征硬包装类电池内部温度稳定性和动态变化的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电化学技术领域，特别涉及一种表征硬包装类电池内部温度稳定性和 动态变的方法。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池在实际测试和应用过程中，对温度的监测和分析非常重要。电池的温 度特性不仅能够表征电池的发热情况，同时也有利于分析电池的热稳定性，以便及时的了 解电池的热状态。然而，常规的热电偶法只监测的是电池的外表面温度，不能有效的表征电 池的内部温度，实际中在电池的厚度方向由于存热传导的梯度问题，即电池的内部温度与 外表面温度不一致，因此如何有效的表征电池内部温度，意义重大。
[0003] 目前，传统的内部温度表征方法主要有预埋热电偶法和热敏试纸等方法，通过在 充放电过程中记录热电偶的温度来表征电池的内部温度，是一种行之有效方法，但是，这种 方法具有一定的局限性，目前仅适合在软包装类电池，预埋工艺可行，热电偶或热敏试纸的 引入不会对电池的封装带来太多的挑战。如专利CN203941992U为在电池内部预放热敏试 纸来监测电池在充放电过程中的温度变化；专利CN102052976A采用预埋荧光测温控头来 监测电池内部温度；专利CN102593545A也是采用预埋热电偶的方法监测锂离子电池内部 的温度。但这种方法对硬包装类电池（钢壳、铝壳等）就不适用，因为这类电池的封装多采 用激光工艺，预埋热电偶后很难保证电池的密封性。
【发明内容】
[0004] 为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种表征硬包装类电池内部温度稳定 性和动态变的方法，解决采用预埋热电偶法和热敏试纸等方法不适用硬包装类电池的问 题。
[0005] 本发明采用的技术方案为：
[0006] 一种表征硬包装类电池内部温度稳定性和动态变化的方法，采用电化学阻抗谱法 表征，包括以下步骤：
[0007] (1)在电池的降温过程中，对电池施加一个交流信号的激励；
[0008] (2)每隔5~10分钟监控一次电池的阻抗值；
[0009] (3)分析不同频率下电池的阻抗值随时间的变化，直至测得的阻抗值相对误差小 于1%，则认为电池在该温度下已处于稳定状态，电池的内部温度与外剖温度达到一致。
[0010] 所述电池为锂电池。
[0011] 所述交流信号为电流激励或电压激励。
[0012] 所述交流信号的频率为100kHz~0.1Hz，包括电池的各个传递、扩散过程。
[0013] 本发明所述的电池为包括锂离子电池在内的所有化学电源。
[0014] 硬包装类电池指的钢壳、铝壳等非软包装类电池。
[0015] 该方法不仅可以检测稳态下电池的内部温度，还可以监测电池在动态下（如充放 电）内部的温度变化。其中，动态下的电池内部温度监测主要采用对比法，即在温度下测试 得出电池内部与外部温度的温度对应矩阵，然后通过该矩陈表来表征动态下的温度变化。
[0016] 本发明的有益效果：
[0017] 本发明通过采用电化学阻抗谱法来表征电池内部的平均温度，为无损检测方法， 不会对电池造成任何影响和危害。通过在不同频率下的稳定时间来确定电池在不同温度下 的稳定时间，具有很强的可操作性和便捷性。
【附图说明】
[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0019] 图1是电池从25°C降温至-20°c，不同频率下的阻抗随时间的变化曲线图；
[0020] 图2是电池从25°C降温至0°C，不同频率下的相对阻抗误差随时间的变化曲线 图；
[0021] 图3是图2中A部的局部放大图。
【具体实施方式】
[0022] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023] 实施例1
[0024] 测试电池从室温25°C降温到-20°C的过程中，电池温度稳定需要的时间，即电池 的内部温度与外部温度达到一致。
[0025] 1、测试样品，波士顿电池的Swing5300,其它信息如下：
[0026]
[0027] 2、测试参数
[0028] 交流激励信号：电流激励，0. 3A
[0029]频率范围：100kHz~0? 1Hz
[0030] 3、测试过程
[0031] 1)在25°C恒温箱中，测试电池的阻抗值；
[0032]2)调整恒温箱温度为-20°C，每隔5min测试一次电池的阻抗；
[0033] 3)测试终止条件为相邻5点的相对误差小于1%。
[0034] 4、测试结果
[0035] 测试数据的结果如图1所示，从图中可以看出0. 1Hz下电池稳定时间最久，在经历 2小时后电池阻抗稳定。
[0036] 同时，采用0. 5mV电压激励，测试电池的阻抗，与采用电流激励的结果相同。
[0037] 实施例2
[0038] 测试电池从室温25°C降温到0°C的过程中，电池温度稳定需要的时间，即电池的 内部温度与外部温度达到一致。
[0039] 1、测试样品，波士顿电池的Swing5300,其它信息如下：
[0040]
[0041] 2、测试参数
[0042] 交流激励信号：电流激励，0. 3A
[0043]频率范围：100kHz~0? 1Hz
[0044] 3、测试过程
[0045] 1)在25°C恒温箱中，测试电池的阻抗值；
[0046] 2)调整恒温箱温度为0°C，每隔5min测试一次电池的阻抗；
[0047] 3)测试终止条件为相邻5点的相对误差小于1%。
[0048] 4、测试结果
[0049] 测试数据的结果如图2和图3所示，从图中可以看出0. 1Hz下电池稳定时间最久， 在经历1. 5小时后电池阻抗稳定。
[0050] 同时，采用0.5mV的电压激励，测试电池的阻抗，与采用电流激励的结果相同。
[0051] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种表征硬包装类电池内部温度稳定性和动态变化的方法，其特征在于，采用电化 学阻抗谱法表征，包括以下步骤： (1) 在电池的降温过程中，对电池施加一个交流信号的激励； (2) 每隔5~10分钟监控一次电池的阻抗值； (3) 分析不同频率下电池的阻抗值随时间的变化，直至测得的阻抗值相对误差小于 1%，则认为电池在该温度下已处于稳定状态，电池的内部温度与外剖温度达到一致。2. 根据权利要求1所述的一种表征硬包装类电池内部温度稳定性和动态变化的方法， 其特征在于，所述电池为锂电池。3. 根据权利要求1所述的一种表征硬包装类电池内部温度稳定性和动态变化的方法， 其特征在于，所述交流信号为电流激励或电压激励。4. 根据权利要求1所述的一种表征硬包装类电池内部温度稳定性和动态变化的方法， 其特征在于，所述交流信号的频率为IOOkHz~0.1 Hz。
【专利摘要】本发明公开一种表征硬包装类电池内部温度稳定性和动态变化的方法，采用电化学阻抗谱法表征，包括以下步骤：在电池的降温过程中，对电池施加一个交流信号的激励；每隔5～10分钟监控一次电池的阻抗值；分析不同频率下电池的阻抗值随时间的变化，直至测得的阻抗值相对误差小于1％，则认为电池在该温度下已处于稳定状态，电池的内部温度与外剖温度达到一致。本发明通过采用电化学阻抗谱法来表征电池内部的平均温度，为无损检测方法，不会对电池造成任何影响和危害。通过在不同频率下的稳定时间来确定电池在不同温度下的稳定时间，具有很强的可操作性和便捷性。
【IPC分类】H01M10/48
【公开号】CN104882643
【申请号】CN201510254558
【发明人】安富强, 陈璐凡, 王浩然
【申请人】北京波士顿动力电池有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月18日