锂电池性能衰退原因的判断方法_2

文档序号:9791672阅读:来源:国知局
欧姆极化和电化学极 化造成,电压在随后时间里较缓慢下降是由于浓差极化和锂离子损失等一系列变化造成, 具体包括:
[0028] 1)对于充电Δν-t曲线,随着充放电次数的循环,电压的瞬间陡降增大,表明锂电 池的内阻上升,负极材料有所损失;电压前期下降的幅度变大,表明锂电池内部积累在极板 附近的锂离子增多,锂离子在液相中的扩散所受阻力增大,电解液发生副反应生成了不可 逆物质,正极材料受损;该锂电池电压值^在采集记录时间内,所记录的电压总差值增大, 表明锂电池内部可用锂离子减少;
[0029] 2)对于放电Δν-t曲线,随着充放电次数的循环,电压的瞬间陡升增大,表明锂电 池的内阻上升,正极材料有所损失;电压由陡升向平稳过渡幅度变大以致平稳段减短,表明 锂电池内部积累在极板附近的锂离子增多,锂离子在液相中的扩散所受阻力增大,电解液 发生副反应生成了不可逆物质,负极材料受损;该锂电池电压值^在采集记录时间内,所记 录的电压总差值增大,表明锂电池内部可用锂离子减少;
[0030] (5)本发明方法对电压值的记录及后续处理简单方便,具有强实现性,适用于各种 锂电池性能衰退原因的判断,可应用于电池日常使用过程中,克服了现有技术无法实现对 于实际使用中的锂电池性能衰退原因的判断的缺陷。
[0031] 对于本发明的突出的实质性特点和显著进步在下文的【具体实施方式】部分还有进 一步的叙述。
【附图说明】
[0032] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0033] 图1为根据本发明方法的操作流程示意框图。
[0034] 图2为用本发明方法获得的三元锂电池循环不同充放电次数的充电Δν-t曲线。
[0035] 图3为用本发明方法获得的三元锂电池循环不同充放电次数的电池以1C放电的放 电A ν-t曲线。
[0036] 图4为用本发明方法获得的新三元锂电池的放电Δν-t曲线和充电Δν-t曲线和经 过360次循环充放电后的相邻放电△ v-t曲线和充电△ v-t曲线。
【具体实施方式】
[0037]图1所示实施例表明,本发明方法的操作流程是:获得锂电池的充电Δν-t曲线一 获得锂电池的放电△ V-t曲线4计算两条充放电△ V-t曲线之间所包含的面积S值4对面积 S采用电压差值与时间积分的形式计算,得出作为电池性能衰减的程度系数lu。
[0038]图2所示实施例表明,本发明一个实施例的三元锂电池循环不同充放电次数的锂 电池充电Δν-t曲线图。如图2所示,A表示新锂电池充电Δν-t曲线,B表示经过120次充放电 循环后的锂电池充电Δ v-t曲线,C表示经过360次充放电循环后的锂电池充电Δν-t曲线。 从图2中可以看出,在不同衰减情况下充电Δν-t曲线有很大不同,并非简单的平移、缩放或 是成倍数关系,而是与锂电池性能衰减的内部机理相关。其内部机理为:当锂电池中无电流 流过时,由极化引起的极化电位在通过锂离子经由固相、液相扩散会达到新的平衡,平衡电 位即为锂电池可工作的电位值。
[0039]在电流为0的瞬间电压的陡降由于欧姆极化和电化学极化造成;电压在随后时间 里较缓慢下降由于浓差极化和锂离子损失等一系列变化造成。仔细对比图2中A、B、C三条曲 线可得,随着充放电循环次数的增加,电压的瞬间陡降增大,表明锂电池的内阻上升,负极 材料有所损失;电压前期下降的幅度变大,表明锂电池内部积累在极板附近的锂离子增多, 锂离子在液相中的扩散所受阻力增大,电解液发生副反应生成了不可逆物质,正极材料受 损;该锂电池电压值^在采集记录时间内电压总差值增大,表明锂电池内部可用锂离子减 少。
[0040] 图3所示实施例表明,本发明一个实施例的三元锂电池循环不同充放电次数的锂 电池放电Δ v-t曲线图。如图3所示,A表示新锂电池放电Δν-t曲线,B表示经过120次充放电 循环后的锂电池放电Δ v-t曲线,C表示经过360次充放电循环后的锂电池放电Δν-t曲线。 从图3中可以看出,在不同衰减情况下的放电Δν-t曲线有很大不同,并非简单的平移、缩放 或是成倍数关系,而是与锂电池性能衰减的内部机理相关。其内部机理为:当锂电池中无电 流流过时,由极化引起的极化电位在通过锂离子经由固相、液相扩散会达到新的平衡,平衡 电位即为电池可工作的电位值。
[0041] 在电流为0的瞬间电压的陡升由于欧姆极化和电化学极化造成;电压在随后时间 里较缓慢上升由于浓差极化和电极损失等一系列变化造成。仔细对比图3中A、B、C三条曲线 可得,随着充放电循环次数的增加,电压的瞬间陡升增大,表明锂电池的内阻上升,正极材 料有所损失;电压由陡升向平稳过渡幅度变大以致平稳段减短,表明锂电池内部积累在极 板附近的锂离子增多,锂离子在液相中的扩散所受阻力增大,电解液发生副反应生成了不 可逆物质,负极材料受损;该锂电池电压值^在采集记录时间内电压总差值增大,表明锂电 池内部可用锂离子减少。
[0042]图4所示实施例表明,对两条充放电Δ v -1曲线之间所包含的面积s值采用电 压差值与时间积分的形式计算,得出作为电池性能衰减的程度系数h,以此判断当前 锂电池性能衰减情况更准确。如图4所示,A和a分别为新锂电池放电和充电Δ v-t曲线,C 和c分别为锂电池经过360次循环充放电后的相邻放电和充电△ v-t曲线,则曲线A和a
曲线C和c包含的面积
锂电池循环充放电j = 360 次对应的两条充放电A v-t曲线间包括面积Sj减去新电池两条充放电△ v-t曲线所包括的 面积s新,所得差值与s新的比值作为锂电池性能衰减的程度系数则ko = 0(此时电池性能最
1 k值越大,锂电池性能越 差,可以由大量实验数据建立锂电池使用情况和k值的关联表,最终由k值判断出当前锂电 池性能衰退情况。
[0043] 实施例1
[0044]本实施例的锂电池性能衰退原因的判断方法,步骤如下:
[0045] 第一步,获得锂电池的充电Δ ν-t曲线:
[0046] 在锂电池充电过程中,取从锂电池开始充电至到达最高额定电压停止充电瞬间的 二个小时充电时间区间,分两个时段,分别按照预设记录频率为l〇hz和l/3hz,采集记录该 锂电池电压值¥1,1=0,1,2,...,8200,其中采集的第一个电压值为该锂电池停止充电前瞬 间达到的最高额定电压值,作为记录的0时刻电压值,记为vo,用其后时刻记录的电压值^减 去电压值vo得到电压差值,自动跟随横坐标时间连接纵坐标电压差值点,获得一条充电Δ v-t曲线,上述分两个时段,分别按照预设记录频率为10hz和l/3hz采集记录该锂电池电压 值的具体情况是,在前十分钟内以预设记录频率为l〇hz采集记录电压值,即每隔0.1秒采集 记录一个电压值,十分钟内共记录6001个电压值vi,i = 0,1,2, ...,6000,剩余一小时五十 分钟时间内以预设记录频率l/3hz采集记录电压值,即每间隔3秒采集记录电压值,一小时 五十分钟内共采集2200个电压值 Vi,i = 6001,6002, . . .,8200,从新锂电池充电开始使用 起,每次充电至到达最高额定电压都获得一条锂电池的充电A v-t曲线;
[0047] 如图2所示,A表示新锂电池充电Δν-t曲线,B表示经过120次充放电循环后的锂电 池充电Δ v-t曲线,C表示经过360次充放电循环后的锂电池充电Δ v-t曲线。
[0048] 第二步,获得锂电池的放电Δν-t曲线:
[0049] 在锂电池放电过程中,取从锂电池开始放电至到达截止电压停止放电瞬间的二个 小时放电时间区间,分两个时段,分别按照预设记录频率为l〇hz和l/3hz,采集记录该锂电 池电压值¥1,1=0,1,2,...,8200,其中采集的第一个电压值为该锂电池停止放电前瞬间达 到的截止电压值,作为记录的0时刻电压值,记为VQ,用其后时刻记录的电压值Vl减去电压值 VO得到电压差值,自动跟随横坐标时间连接纵坐标电压差值点,获得一条放电A ν-t曲线, 上述分两个时段,分别按照预设记录频率为l〇hz和l/3hz采集记录该锂电池电压值的具体 情况是,在前十分钟内以预设记录频率为l〇hz采集记录电压值,即每隔0.1秒采集记录一个 电压值,十分钟内共记录6001个电压值vi,i = 0,l,2, . . .,6000,剩余一小时五十分钟时间 内以预设记录频率l/3hz采集记录电压值,即每间隔3秒采集记录电压值,一小时五十分钟 内共采集2200个电压值 Vi,i = 6001,6002, . . .,8200,从新锂电池充电开始使用起,每次放 电至到达最低额定电
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