精准检测锂离子电池自放电的方法与流程

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种精准检测锂离子电池自放电的方法。

背景技术：

二次锂离子电池具有比容量大、充放电寿命长、无记忆效应、环境污染小等诸多优点，自20世纪90年代初商业化以来，很快就替代镍镉和镍氢电池，并广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机等便携式电器中。并且有正在向电动汽车、航空航天、储能电站等新领域发展的趋势。但是，锂离子电池会发生自放电。

一般认为锂离子电池的自放电是指电池在静置状态下，由于电池内部的氧化还原反应引起的电池的容量可恢复及不可恢复的损失，这种内部的反应具有不可避免的特点。一般情况下，正常锂离子电池的自放电远不足以影响人们对手机等终端产品的使用，但当锂离子电池内部隔膜被粉尘、极片毛刺等“凸起物”刺穿或有刺穿风险时，此时电池的自放电将影响人们对手机等终端产品的使用，甚至存在安全隐患。为避免出现因锂离子电池自放电而导致的不安全问题，一般会对锂离子电池自放电情况进行检测/测试。传统的自放电测试方法，主要是将经过容量或电压测量的锂离子电池高温搁置一段时间，然后再次测量电池的容量或电压，通过两次容量或电压的差值对比来挑选出自放电大的电池。

由于锂离子电池在充放电后及高温环境下均会有副反应发生，而且此时的副反应速率比电池在仓库等环境中静置时副反应速率大，所以传统的测试方法并不能准确的挑选出真正有害的自放电电池。

中国专利(申请公布号为CN103513186A)公布了一种锂离子电池自放电的测试方法，该测试方法阐述了一种通过自放电电流引起的磁场感应来判定电池自放电程度大小的方法，该方法虽然新颖，不过检测的是电池内部一个点在一个时间点的自放电程度，容易出现检测不到且检测不出一段时间的平均自放电率。另外，中国专利(申请公布号为CN103293481A)公布了一种锂离子电池自放电快速检测方法。该专利阐述了一种通过在高温3～5天前后分别测试电压的方式来计算电池的自放电的方法，该方法既没有考虑到温度引起的电压变化，又未涉及充放电后或高温搁置时电池的自放电增大，容易引起误判。因此，有必要寻找检测锂离子电池自放电的新方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有锂离子电池自放电检测不精准、容易出现自放电误判等问题，提供一种精准检测锂离子电池自放电的方法。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种精准检测锂离子电池自放电的方法，至少包括以下步骤：

步骤S01.对锂离子电池进行充电或放电处理，使所述电池的电压落入所述电池出货时的电压区间；

步骤S02.将经所述步骤S01处理后的电池置于35℃～60℃的环境中，静置1～14天；

步骤S03.将经所述步骤S02处理的后的电池转移至15℃～35℃的环境中，静置1～24h；

步骤S04.检测经所述步骤S03处理后的电池的电压V₁和温度T₁；并将所述T₁温度下的电压换算成T_t温度的电压V_t1；

步骤S05.用夹具对经所述步骤S03处理后的电池进行施加压力处理，压力值设定为0.1～20kg/cm²，在15℃～35℃的环境中，静置1～14天；

步骤S06.检测经所述步骤S05处理后的电池的电压V₂和温度T₂；并将该T₂温度下的电压换算成所述T_t温度下的电压V_t2；

所述电压分别经过校正后，所述电池的自放电率按照如下计算公式计算：

本发明上述实施例提供的精准检测锂离子电池自放电的方法，采用先高温老化的方式消除副反应，然后再测试电池的自放电，消除电芯因自身SEI膜重组等原因引起的对自放电的误判；并通过常温夹具老化的方式平压电池以提前释放或加速内部短路电池的副反应，使正常电池与内部短路电池更容易区分；通过校正电压，消除因两次测试电压时温度不同而造成的自放电误差，最终提高测试准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。

图1是本发明测试流程示意图；

图2是本发明实施例1提供的容量为2000mAh的A型号锂离子电池自放电率测试直方图；

图3是本发明实施例2提供的容量为3200mAh的B型号锂离子电池自放电率测试直方图；

图4是本发明实施例3提供的容量为4000mAh的C型号锂离子电池自放电率测试直方图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种精准检测锂离子电池自放电的方法，至少包括以下步骤：

步骤S01.对锂离子电池进行充电或放电处理，使所述电池的电压落入所述电池出货时的电压区间；

步骤S02.将经所述步骤S01处理后的电池置于35℃～60℃的环境中，静置1～14天；

步骤S03.将经所述步骤S02处理的后的电池转移至15℃～35℃的环境中，静置1～24h；

步骤S04.检测经所述步骤S03处理后的电池的电压V₁和温度T₁；并将所述T₁温度下的电压换算成T_t温度的电压V_t1；

步骤S05.用夹具对经所述步骤S03处理后的电池进行施加压力处理，压力值设定为0.1～20kg/cm²，在15℃～35℃的环境中，静置1～14天；

步骤S06.检测经所述步骤S05处理后的电池的电压V₂和温度T₂；并将该T₂温度下的电压换算成所述T_t温度下的电压V_t2；

然后对所测试的电压值进行校正。

其中，在任一实施例中，本检测方法适用于预充或分容后的锂离子电池。这有利于从源头找到自放电率大的锂离子电池，或者存在微短路的锂离子电池，进而可以根据测试结果，挑选出自放电率低、性能良好的锂离子电池用于出货。

上述步骤S01中，对锂离子电池进行充电或放电处理时，由于不同体系的锂离子电池具有不同的充放电制度，应该根据该体系的锂离子电池正常充放电程序进行操作。经过充电或者放电后的锂离子电池，其电压值应当在该电池出货时规定的电压区间。

步骤S02中，将锂离子电池置于较高温度下，放置一段时间，有利于高温老化的发生，通过高温老化，达到消除副反应、消除电芯因自身SEI膜重组等原因引起的对自放电的误判。

作为优选地，步骤S02中，将锂离子电池置于温度为38℃～45℃的环境下，而且只需要静置3～7天。电池在38℃～45℃已可以达到消除副反应的效果，公知的正常电池在老化时电压的变化率与老化时间成负指数规律，在高温三天之后，电池的副反应速率已低于因电池的缺陷引起的自放电，在高温时间超过七天时再继续增加高温时间，虽然有更优的效果，但效果增加已不明显，却增加了高温时产生的能耗和延长了出货周期。

步骤S03，将锂离子电池置于温度为15℃～35℃的环中，静置1～24h。以降低电池在S02步骤中高温放置时的副反应速率，使其达到稳定。

在任一实施例中，步骤S04的电池电压转换。由于不同体系的锂离子电池其电压随温度变化率的大小有所不同。因此，在进行自放电检测时，需先对各个体系的锂离子电池进行电压随温度变化的测试和统计，做出一个参考表格，鉴于这些是常规的测试，因此不详细记载于本发明专利文本中。

具体地，本领域技术人员可以制作出如表1所示的电池电压随温度变化的表格。

在表1中，显示的是钴酸锂电池电压随温度的变化率情况，如在电池电压为3.0V时，15～20℃温度下，温度每升高1℃，电压降低0.0008mV。

表1钴酸锂电池电压随温度变化表

在任一的实施例中，步骤S05中的夹具的压板性能稳定，应当满足不随温度的变化而发生形变且耐酸耐碱等的要求。夹具的压板板面所在的平面应当与锂离子电池极片所在的平面相互平行，以利于对极片进行施压，达到快速或提前释放锂离子电池内部短路、微短路电池的副反应，使正常锂离子电池与内部短路锂离子电池更加容易区分。值得注意的是，使用夹具对锂离子电池进行施加压力处理时，电池应当正立放置。

作为优选地，夹具的压板压力值设定为1～8kg/cm²，在15℃～35℃的环境中，只需要静置3～7天。

公知的电池在老化时电压的变化率成负指数规律，在经过S02步骤高温之后，电池的副反应速率已经低于因电池缺陷引起的自放电速率，夹具的压板压力值设定为1～8kg/cm²时，在常温三天中，电池的平均自放电速率低于缺陷电芯自放电速率的1/2，在常温七天中，电池的平均自放电速率低于缺陷电芯自放电速率的1/3。在常温3～7天，已可以将正常电芯和异常电芯明显的区分。继续增加夹具压力或老化时间，虽然有更优的效果，但效果增加已不明显，且延长了出货周期。

在任一实施例中，对于步骤S06的电压转换，与步骤S03的电压转换方法相同。

应当注意的是，下列锂离子电池的自放电率的计算公式(1)中，V_t1和V_t2均为经过校正的平均值，通过多次校正，可以尽可能的消除两次测试时温度不同而造成的自放电误判。两次测试的时间差是指步骤S03测试的时间与步骤S06测试的时间差。

本发明上述实施例提供的精准检测锂离子电池自放电的方法，通过先将电池高温老化消除副反应之后再测试自放电、常温夹具加压电池来加速内短路电池的反应速度、校正因温度引起的电压差别的方式来降低传统测试自放电方法对电池的误判，提高测试准确度。

为了更好的说明本发明实施例提供的精准检测锂离子电池自放电的方法，下面通通过实施例进行举例说明。

实施例1

1)、按照常规锂离子电池制造工艺制作一批9000pcs容量为2000mAh的A型号锂离子电池。A型号锂离子电池进行预充/分容后，使用1000mA的电流恒流充电至3.95V，然后转为3.9V恒压充电，恒压截止电流为40mA；

2)、将1)中锂离子电池转移45℃的高温环境中静置3天；

3)、将2)中锂离子电池电池移至25℃常温环境中，静置24小时之后测试该电池的电压和温度，将该测试温度下测试的电池电压转换为25℃时的电池电压；

4)、使用夹具对3)中电池加压，电池放置方向为电池极片平面平行于夹具压板，压力设定2kg/cm²，在25℃常温环境静置3天；

5)、将4)中常温老化后的电池取出夹具，测试电池的电压和温度，将该测试温度下测试的电池电压转换为25℃时的电池电压，计算自放电率，自放电率结果如附图2所示。

实施例2

1)、按照常规锂离子电池制造工艺制作一批6291pcs容量为3200mAh的B型号锂离子电池。B型号锂离子电池进行预充/分容后，使用1600mA的电流恒流充电至3.99V，然后转为3.99V恒压充电，恒压截止电流为64mA；

2)、将1)中锂离子电池转移45℃的高温环境中静置7天；

3)、将2)中锂离子电池电池移至25℃常温环境中，静置24小时之后测试该电池的电压和温度，将该测试温度下测试的电池电压转换为25℃时的电池电压；

4)、使用夹具对3)中电池加压，电池放置方向为电池极片平面平行于夹具压板，压力设定4kg/cm²，在25℃常温环境静置3天；

5)、将4)中常温老化后的电池取出夹具，测试电池的电压和温度，将该测试温度下测试的电池电压转换为25℃时的电池电压，计算自放电率，自放电率结果如附图3所示。

实施例3

1)、按照常规锂离子电池制造工艺制作一批10054pcs容量为4000mAh的C型号锂离子电池。C型号锂离子电池进行预充/分容后，使用2000mA的电流恒流充电至3.99V，然后转为3.99V恒压充电，恒压截止电流为80mA；

2)、将1)中锂离子电池转移45℃的高温环境中静置7天；

3)、将2)中锂离子电池电池移至25℃常温环境中，静置24小时之后测试该电池的电压和温度，将该测试温度下测试的电池电压转换为25℃时的电池电压；

4)、使用夹具对3)中电池加压，电池放置方向为电池极片平面平行于夹具压板，压力设定8kg/cm²，在25℃常温环境静置7天；

5)、将4)中常温老化后的电池取出夹具，测试电池的电压和温度，将该测试温度下测试的电池电压转换为25℃时的电池电压，计算自放电率，自放电率结果如附图4所示。

从图2至图4中可知，自放电大的异常电芯与正常自放电电芯明显有差异。

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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。