一种锂离子电芯内部水含量判别方法与流程

本发明涉及锂离子电芯检测，特别是一种对锂离子电芯内部水含量进行判别的方法。

背景技术

锂离子电芯因具有能量密度高、循环寿命长且无记忆效应等优点，在数码和动力能源行业被广泛应用。但随着其应用范围的不断扩大，其使用性能也越来越被重视。在锂离子电芯制造过程中，电芯内部极片水分控制对于电芯的循环寿命和安全性有着重要影响，主要是由于电芯内部的水分在充放电过程中会与电解液中的锂盐反应生成气体，从而导致电芯胀气、极化增大、循环性能衰减等多方面问题。因此，在锂离子电芯制造过程中，必须严格控制电芯内部的水含量，保证电芯性能的稳定性和一致性。

目前，一般采用卡尔费休水分测定仪对电芯内部水含量进行测试，该测试方法重现性和准确性都较高，但需要破坏拆解电芯后去极片处进行测试，因此一般对批次产品采用抽检的方式判断电芯内部水含量是否合格，无法对每一个电芯的水含量是否合格进行精确监控。

技术实现要素：

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种方便、快速地对锂离子电芯内部水含量进行判别的方法，可对批次产品进行全检。

技术方案：一种锂离子电芯内部水含量判别方法，包括以下步骤：

步骤一：选取同种材料体系、相同条件下生产的若干未注液电芯，分组进行差异化处理，得到具有不同程度内部水含量的各试验组zn；

步骤二：对各试验组zn抽检电芯测试内部水含量，得到各试验组zn对应的内部水含量等级wn；

步骤三：对各试验组zn抽检后剩余的电芯，以同样的注液量和静置时间进行正常的注液、浸润，而后使用恒定电流对电芯进行充电，达到充电截止条件后停止，以获得恒流充能量qn-n，并得到各试验组zn对应的恒流充能量等级qn；

步骤四：以对应的内部水含量等级wn、恒流充能量等级qn构成对照区间建立检测机制，对同种材料体系、相同条件下生产的待测电芯，按照步骤三的充电要求进行首次充电，以获得恒流充能量qx，将恒流充能量qx对照检测机制即可判别待测电芯的内部水含量wx否合格。

具体的，步骤一中，差异化处理是指将各组电芯经不同程度烘烤，从而得到具有不同程度内部水含量的各试验组zn，试验组zn至少设置未经烘烤组、正常烘烤组、经高温烘烤组。其中，经高温烘烤组作为放大试验。

最佳的，步骤二中，各试验组zn抽检电芯的数量至少为2pcs。增加抽检电芯数量，可以提高抽检电芯内部水含量测试的测试量，使内部水含量等级wn更加准确。

进一步的，步骤三中，对电芯进行充电的恒定电流为0.02～0.1c，充电截止条件为1％～5％soc。

最佳的，步骤三中，对各电芯进行充电的环境温度差别为不超过±3℃。

具体的，步骤二中，内部水含量等级wn是指抽检电芯及其检测点测试的内部水含量的均值，或以均值优化设置的等级值。

具体的，步骤三中，恒流充能量等级qn是指抽检后剩余的电芯其恒流充能量qn-n的均值。

本发明的原理是：电芯在首次充电过程中，一方面会进行化学反应形成sei膜消耗电量，另一方面如果电芯内部水含量偏高，水分分解也会额外消耗电量，最终都会直观的反映到充电电压曲线上，电压平台低于正常水平，则恒流充能量与电芯内部水含量成反比关系，即电芯内部水含量越高，恒流充能量越小，因此可以根据电芯首次充电过程中的充电初始阶段的恒流充能量来判别电芯内部水含量是否异常。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：通过建立电芯不同内部水含量与其首次充电的恒流充能量之间的区间对照关系，对待测电芯通过首次充电直接读取恒流充能量即可对照反推得出电芯内部水含量情况，不破拆电芯可方便快速进行电芯内部水分含量判别，可对批量产品实现全检，对制造过程中的所有电芯进行内部水含量状态监控。

附图说明

图1为实施例中试验组z1～z5的恒流充能量等级q1～q5箱线图；

图2为实施例中试验组z1的其中两个电芯、试验组z4的其中两个电芯的首次充电电压曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

以磷酸铁锂40ah锂离子电芯为例，说明本发明锂离子电芯内部水含量判别方法，具体包括以下步骤。

步骤一：选取60pcs同种材料体系、相同条件下生产的若干未注液电芯，分成5组，每组12pcs电芯，将各组电芯经不同程度烘烤，得到具有不同程度内部水含量的试验组zn，即试验组z1(未经烘烤)、试验组z2(烘烤8h)、试验组z3(烘烤16h)、试验组z4(烘烤24h、正常生产该种电芯的烘烤时间)、试验组z5(烘烤32h)，其中试验组z5作为放大试验。

步骤二：在试验组z1～z5的每组中，分别抽取2pcs电芯、每个电芯分别选取4个检测点进行内部水含量测试，测试方法包括但不限于卡尔费休水分测试，为保证测试数据的准确性，各抽检电芯的检测点位置相同，测试人员、设备固定。如下表1所示，将每组抽检电芯测得的各内部水含量取均值，得到各试验组zn对应的内部水含量等级wn，即试验组z1的内部水含量等级w1为900ppm、试验组z2的内部水含量等级w2为650ppm、试验组z3的内部水含量等级w3为500ppm、试验组z4的内部水含量等级w4为420ppm、试验组z5的内部水含量等级w5为400ppm。内部水含量等级wn也可参考该型号电芯的内部水含量检测标准(如企标、行标等)，将均值优化设置的等级值作为内部水含量等级wn。

表1

步骤三：对试验组z1～z5抽检后剩余的每组10pcs电芯，以同样的注液量和静置时间进行正常的注液、浸润，而后将电芯进入化成柜进行首次充电，对各电芯进行充电的环境温度差别为不超过±3℃，以恒定电流0.05c对电芯进行充电的，以达到2.5％soc为充电截止条件，各电芯分别获得恒流充能量qn-n，即试验组z1的10pcs电芯获得的恒流充能量分别为q1-1、q1-2、…、q1-10，试验组z2的10pcs电芯获得的恒流充能量分别为q2-1、q2-2、…、q2-10，…，然后对每组的10pcs电芯的恒流充能量qn-n取均值作为恒流充能量等级qn，即试验组z1的恒流充能量等级q1、试验组z2的恒流充能量等级q2、…。附图1所示为试验组z1～z5的恒流充能量等级q1～q5箱线图。

c指电芯充放电电流为额定容量的倍率，40ah电芯以0.05c恒定电流充电，表示充电电流为40×0.05＝2a；soc指电芯的荷电状态，40ah电芯以达到2.5％soc为充电截止条件，表示电芯能量为40×2.5％＝1ah；以0.05c对电芯进行恒流充电，则充电时间为1ah/2a＝0.5h。恒流充能量qn-n由能量公式q＝uit得到，i、t分别指恒定电流充电的充电电流、充电时间，u指恒定电流充电期间的平均电压，恒流充能量qn-n可通过设备直接读取获得。

由soc定义可知，充电截止条件也可选为时间，或者为对应于soc下的电芯电压，由于充电电流不同、电芯材料体系不同，为方便描述，统一以soc作为充电截止条件。

电芯在首次充电过程中，一方面会进行化学反应形成sei膜消耗电量，另一方面如果电芯内部水含量偏高，水分分解也会额外消耗电量，最终都会直观的反映到充电电压曲线上，电压平台低于正常水平，则恒流充能量与电芯内部水含量成反比关系，即电芯内部水含量越高，恒流充能量越小，因此可以根据电芯首次充电过程中的充电初始阶段的恒流充能量来判别电芯内部水含量是否异常。附图2所示为试验组z1的其中两个电芯、试验组z4的其中两个电芯的首次充电电压曲线。

步骤四：以内部水含量等级w1-恒流充能量等级q1、内部水含量等级w2-恒流充能量等级q2、…，一一对应构成对照区间建立检测机制，对于与本实施例磷酸铁锂40ah锂离子电芯同种材料体系、相同条件下生产的某待测电芯，按照步骤三的充电要求进行首次充电，将其获得的恒流充能量qx与检测机制的区间范围对照，即可对应的反推得到该待测电芯的内部水含量wx所处的区间范围，进而可以快速判别该待测电芯的内部水含量是否合格，即直接通过恒流充能量进行对照比较即可判别电芯内部含水量是否合格。