锂离子电池可逆及不可逆产热同时测试的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及锂离子电池可逆及不可逆产热同时测 试的方法。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池在使用过程中，随着充放电的进行，电池会发生产热，一部分来自于电 化学反应熵变产热，一部分来自于电池阻抗产热，前者为可逆热，而后者为不可逆热，对两 种产热的分别测试及研究有利于对电池状态的评估及设计的优化，还适用于衰减及失效电 池的原因分析中。
[0003]目前，对于可逆及不可逆热的测试都是分别进行的，可逆产热速率主要是根据测 得的温熵系数进行计算，如式（1);不可逆产热速率则是在测得电池的阻抗后根据式（2)进 行计算得到，因而测试周期较长。
[0005] qirrev=I2R(2)
[0006]式中，
[0007] qrav为电池的可逆产热速率，w;
[0008] I为电流，A;
[0009] T为环境温度（在绝热加速量热仪中，T也等于电池温度），K;
[0010] 祕相T为电池的温熵系数，mV·KS
[0011] qimv为电池的不可逆产热速率，w;
[0012] R为电池阻抗，Ω。
【发明内容】
[0013] 为了解决现有技术的问题，本发明目的是提供锂离子电池可逆及不可逆产热同时 测试的方法，可实现一定荷电态、一定温度、一定充放电电流下可逆及不可逆产热的同时检 测。
[0014] 基于上述问题，本发明提供的技术方案是：
[0015] 锂离子电池可逆及不可逆产热同时测试的方法，包括以下步骤：
[0016] (1)温度T条件下，将待测锂离子电池在电流I下充放电至荷电态为S0C;
[0017](2)称量待测锂离子电池的质量，然后在待测锂离子电池上焊接正负极耳，将待测 锂离子电池置于绝热加速量热仪的热腔中，将热电偶固定在锂离子电池表面的中心位置， 同时将锂离子电池的正负极耳端通过导线连接到充放电测试仪上，记录的锂离子电池的电 压和电流数据；
[0018](3)运行绝热加速量热仪，设定开始温度、结束温度、温度步长、斜率敏感度和等待 时间，其中温度步长为零；
[0019] (4)当绝热加速量热仪温度稳定后，运行充放电测试仪并设定正弦电流的振幅ΙΜΡ 和频率f，对锂离子电池进行电流扰动，其中正弦电流的振幅
[0020] (5)将采集的锂离子电池表面温度数据对应充放电时间作图，通过傅立叶变换分 离得到与正弦电流频率f和2f-致的温度振幅数据，即可逆和不可逆产热导致的锂离子电 池表面温度增长最大值ATrav、ATimv;
[0021] (6)根据以下关系式计算可逆和不可逆产热量：
[0022] Q=Cp*m·ΔΤ
[0023] 式中，
[0024] Q为电池产热量，J;
[0025] Cp为电池比热，J·g1 ·KS
[0026] m为电池质量，g;
[0027] ΔT为可逆热导致的电池表面温度增长值，K/°C。
[0028] 在其中的一个实施例中，所述步骤（2)中开始温度设为T，结束温度大于开始温度 且两者的差值至少为5°C。
[0029] 在其中的一个实施例中，所述步骤（2)中斜率敏感度为0. 02°C/min。
[0030] 在其中的一个实施例中，所述步骤（2)中等待时间至少为15min。
[0031 ] 在其中的一个实施例中，所述步骤（4)中的频率f为：
[0033] 其中：
[0034]
，为电池在正弦电流ΙΜΡ及频率f充放电时，产生 的荷电态变化率，％;
[0035] 为正弦电流振幅，mA;
[0036] I为充放电电流，与正弦电流的有效电流相等，mA;
[0037]f为正弦电流频率，Hz;
[0038] Cact为电池容量，mAh。
[0039] 在其中的一个实施例中，所述步骤（4)中正弦充放电的循环次数至少为20次。
[0040] 本发明的工作原理：电池的可逆产热速率qrav与电流I成正比，不可逆产热速率 qimv与电流I的平方成正比，当在电池上施加正弦电流时，可逆产热导致的电池温度变化 与电流变化频率一致，而不可逆热导致的电池温度变化频率则为2f，因此可以通过对电池 施加正弦电流，对测得的电池表面温度随时间变化的数据进行傅立叶变换，分离得到不同 频率下的温度变化数据，从而可以将可逆及不可逆产热导致的电池温度变化进行分离并同 时测定。
[0041] 与现有技术相比，本发明的优点是：
[0042] 采用本发明的技术方案，通过将电池充放电仪与绝热加速量热仪联用，可在短时 间内实现对锂离子电池可逆及不可逆产热的同时测试，可以大大提高测试效率。
【附图说明】
[0043] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，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。
[0044] 图1为本发明实施例1锂离子电池表面温度随时间的变化关系图；
[0045] 图2为本发明实施例1傅立叶变换后锂离子电池表面温度随频率的变化图。
【具体实施方式】
[0046] 以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明 本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做 进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0047] 本发明进行锂离子电池可逆及不可逆产热同时测试的方法中，所用的设备为英国 THT的绝热加速量热仪EV+BatteryCalorimeter和Arbin充放电仪，待测电池选用商业化 的三元体系18650锂离子电池。
[0048] 实施例1
[0049] (1)温度30°C条件下，将待测锂离子电池在电流707mA下充放电至荷电态为30%;
[0050] (2)称量待测锂离子电池的质量，然后在待测锂离子电池上焊接正负极耳，将待测 锂离子电池置于绝热加速量热仪的热腔中，将热电偶固定在锂离子电池表面的中心位置， 同时将锂离子电池的正负极耳端通过导线连接到充放电测试仪上，记录的锂离子电池的电 压和电流数据；
[0051](3)运行绝热加速量热仪，设定开始温度为T= 30°C、结束温度为T+5 = 35°C、温 度步长为〇、斜率敏感度为〇. 〇2°C/min和等待时间为15min;
[0052] (4)当绝热加速量热仪温度稳定后，S卩10分钟内的温度波动范围< 0. 02°C，运行 充放电测试仪并设定正弦电流的振幅和频率f，对锂离子电池进行电流扰动，其中正弦
频率f则根据在指定电流下充放电时，由于充放电而导 致的电池的荷电态变化小于5%来自由选择，正弦充放电的循环次数设定为20次，电池荷 电态S0C的变化率由下式计算，此处选择f为2mHz，计算得出ΔS0C为3. 16%，
[0054]式中：
[0055] ΔS0C为电池在正弦电流及频率f充放电时，产生的荷电态变化率，％ ;
[0056] 为正弦电流振幅，mA;
[0057] I为要考察的充放电电流大小，与正弦电流的有效电流相等，mA;
[0058]f为正弦电流频率，Hz;
[0059] Cact为电池容量，mAh。
[0060] (5)如图1所示，将采集的锂离子电池表面温度数据对应充放电时间作图，如图2 所示，通过傅立叶变换分离得到与正弦电流频率f和2f的温度振幅数据，即可逆和不可逆 产热导致的锂离子电池表面温度增长最大值ΔTrav= 0. 206、ΔTimv= 0. 034 ;
[0061] (6)根据以下关系式Q=Cp*m·ΔΤ计算可逆产热量为8. 487J，不可逆产热量为 1. 401J〇
[0062] 锂离子电池可逆及不可逆产热量的计算结果如表一所示：
[0063] 表一锂离子电池可逆及不可逆产热量
[0064]
[0065] 上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是 能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精 神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 裡离子电池可逆及不可逆产热同时测试的方法，其特征在于包括W下步骤： (1) 溫度T条件下，将待测裡离子电池在电流I下充放电至荷电态为SOC; (2) 称量待测裡离子电池的质量，然后在待测裡离子电池上焊接正负极耳，将待测裡离 子电池置于绝热加速量热仪的热腔中，将热电偶固定在裡离子电池表面的中屯、位置，同时 将裡离子电池的正负极耳端通过导线连接到充放电测试仪上，记录的裡离子电池的电压和 电流数据； (3) 运行绝热加速量热仪，设定开始溫度、结束溫度、溫度步长、斜率敏感度和等待时 间，其中温度步长为零； (4) 当绝热加速量热仪温度稳定后，运行充放电测试仪并设定正弦电流的振幅1胃和 频率f，对裡离子电池进行电流扰动，其中正弦电流的振幅lampsVI1; (5) 将采集的裡离子电池表面溫度数据对应充放电时间作图，通过傅立叶变换分离得 到与正弦电流频率f和2f-致的溫度振幅数据，即可逆和不可逆产热导致的裡离子电池表 面溫度增长最大值 (6) 根据W下关系式计算可逆和不可逆产热量： Q二Cp·m·ΔT 式中， Q为电池产热量，J; Cp为电池比热，J·gi·κ?;m为电池质量，g; AΤ为可逆热导致的电池表面溫度增长值，K/°C。2. 根据权利要求1所述的裡离子电池可逆及不可逆产热同时测试的方法，其特征在 于：所述步骤（2)中开始溫度设为T，结束溫度大于开始溫度且两者的差值至少为5°C。3. 根据权利要求1所述的裡离子电池可逆及不可逆产热同时测试的方法，其特征在 于：所述步骤（2)中斜率敏感度为0. 02°C/min。4. 根据权利要求1所述的裡离子电池可逆及不可逆产热同时测试的方法，其特征在 于：所述步骤似中等待时间至少为15min。5. 根据权利要求1所述的裡离子电池可逆及不可逆产热同时测试的方法，其特征在 于：所述步骤（4)中的频率f为：(ASOC小于 5% ) 其中：为电池在正弦电流1胃及频率f充放电时，产生的荷 电态变化率，％ ; Lmp为正弦电流振幅，mA; I为充放电电流，与正弦电流的有效电流相等，mA;f为正弦电流频率，Hz; C。。,为电池容量，mAh。6.根据权利要求1所述的裡离子电池可逆及不可逆产热同时测试的方法，其特征在 于：所述步骤（4)中正弦充放电的循环次数至少为20次。
【专利摘要】本发明公开了锂离子电池可逆及不可逆产热同时测试的方法，通过将绝热加速量热仪和充放电测试仪联用，测试锂离子电池在一定荷电态、一定温度、一定充放电电流下的可逆及不可逆产热。本发明提供的锂离子电池可逆及不可逆产热同时测试的方法，可同时测试锂离子电池可逆产热和不可逆产热，测试效率高。
【IPC分类】G01R31/36
【公开号】CN105242213
【申请号】CN201510684220
【发明人】熊永莲, 严军, 高豪杰, 厉冯鹏, 夏基胜
【申请人】盐城工学院
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月20日