CN103337670A - 一种提高金属壳型动力电池一致性和安全性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高金属壳型动力电池一致性和安全性的方法，属于锂离子动力电池技术领域。其技术要点是选取同一荷电状态的电池，将其置于高温环境下搁置一定的时间测量电池正极或负极与金属壳的电压，按照所测得的电压值对电池进行分档；将位于同一档位的多个单体电池串并联组装成电池组。本发明提供了一个判断电芯稳定性的参数，可以及早筛选电池组中有潜在威胁的电池，提高电池的一致性，消除安全隐患，对于工业上的电池组生产具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种提高金属壳型动力电池一致性和安全性的方法。
背景技术
随着可持续发展和低碳观念深入人心，锂离子电池因其工作电压平台高、能量密度高、自放电小、使用寿命长等特点，已成功的应用于各种设备中，如手机、笔记本电脑、电动自行车、电动汽车等。电动汽车用动力电池通常需要将多个容量小、电压低的单体电池通过并/串联的方式组合成容量高、电压高的电池组。而动力锂离子单体电池为了防止电池的形变和应对实际工况，通常采用金属外壳，如铝、不锈钢等。
众所周知，如何保证电池组中各个单体电池的一致性是保证电池组电性能和安全性能的重要因素，现在经常用单体电池的内阻、电压、容量和自放电率等来考察电池组的一致性。这里，我们通过对锂离子电池的正负极与外壳的因素来考虑单体电池对于电池组的性能和安全性影响。
锂离子动力电池的正负极与外壳存在一定的电压，电池正极与壳体电压与壳体与负极电压之和等于两极之间的电压。正常电池外壳比较稳定，不会有明显的变化，它可以起到“参比电极”的作用。然而，当正极与外壳接触时，正极与壳体短路；当负极与外壳接触时，负极与壳体短路。
以铝壳电池为例，正极短路的单体电池没有安全威胁，但若正极短路的单体电池若和其它正常电池串联，电池组在高电压下容易使外面的绝缘胶老化、失效，引起安全问题。对于负极短路的电池，铝壳容易发生较为缓慢的电化学腐蚀，导致电池漏液，很可能产生电池组的安全问题。若正极短路与负极短路的电池偶然并联在一起，则容易发生电池组外短路的严重安全事故。
现有的电池安全性检测方法如撞击、挤压、穿刺、过充、外部短路、热箱等并不能完全反映电池的安全隐患问题，尤其是在将电池串并联成电池组后。这就需要从新的角度来对单体电池进行配组，提升配组后电池组的一致性和安全性。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高金属壳型动力电池一致性和安全性的方法，以解决现有技术电池安全性检测方法存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种提高金属壳型动力电池一致性和安全性的方法，其特征在于：选取多个同一荷电状态下的动力电池单体，并将多个动力电池单体置于高温环境下搁置一定的时间，然后分别测量每个动力电池单体正、负极与各自金属外壳之间的电压，按照所测得的每个动力电池单体正、负极与各自金属外壳之间的电压值进行分档，并将位于同一档位的多个动力电池单体串联或并联组装成电池组。
所述的一种提高金属壳型动力电池一致性和安全性的方法，其特征在于：每个动力电池单体金属外壳材质为铝，或者为钢。
所述的一种提高金属壳型动力电池一致性和安全性的方法，其特征在于：同一荷电状态指：多个动力电池单体均为满电态，或者均为空电态。
所述的一种提高金属壳型动力电池一致性和安全性的方法，其特征在于：多个同一荷电状态下的动力电池单体所置于的高温环境其温度为30~55℃，搁置的时间为1~10天。
所述的一种提高金属壳型动力电池一致性和安全性的方法，其特征在于：多个动力电池单体分档过程如下：首先计算每个动力电池单体多次测得的正、负极与各自金属外壳之间电压值的平均值X，将电压值在X±0.4V范围内的动力电池单体归为同一档位。
本发明从电池正负极与外壳的因素来对单体电池进行配组，提供一种提高电池组的一致性和安全性的方法，能够大大推广电动汽车，适合于大规模生产应用，具有重大的生产实践意义。
本发明具有以下优点：
通过测量单体电池正负极与外壳的电压来对其电池进行分档，不仅能筛选出电池组中具有潜在安全性的单体电池，尤其是电池外壳电化学腐蚀漏液安全问题，而且提供了一个判断电芯稳定性的参数，有效提高了电池的一致性和安全性。本发明方法简单、可靠，实用性强，对于工业上的电池组生产具有重要的意义。
附图说明
图1为负极与铝壳电压低于2.2V的电池拆解后铝壳内层底部腐蚀的图片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例一：选取1000只铝壳型磷酸铁锂电池单体，化成分容后，将电池充满电。将电池在45℃环境下搁置7天，测量搁置前后电池负极与铝壳之间的电压，结果见表1。
表1为实施例一中搁置前后电池负极与铝壳之间的电压值表
| 负极与铝壳电压V | V>3.0V | 2.8≤V<3.0V | 2.4≤V<2.8V | 2.2≤V<2.4V | <2.2V |
| 高温搁置前比例 | 6.5% | 17.2% | 43.3% | 21.3% | 11.7% |
| 高温搁置后比例 | 0.3% | 7.4% | 83.7% | 8.0% | 0.6% |
计算得搁置后负极与铝壳电压的平均值为2.6V。确定同一档位电池电压挑选的范围为2.2~3.0V，将同一档位内的电池串并联组装成电池组。为验证该方法的有效性，我们选取了部分负极与铝壳电压小于2.2V的电池进行拆解分析。结果显示，铝壳内层底部出现了不同程度的腐蚀现象，并且随着负极与铝壳电压值的降低，腐蚀程度明显严重，如图1所示。说明这类电池存在缺陷，如果没有进行筛选，组装到电池组后，经过长期循环，电池铝壳可能腐蚀穿透，电池内部电解液发生泄漏，将严重影响电池组的一致性和安全性。
实施例二：选取1000只铝壳型磷酸铁锂电池单体，化成分容后，将电池放完电。将电池在45℃环境下搁置7天，测量搁置后电池正极与铝壳之间的电压，结果见表2。
表2为实施例二中搁置前后电池正极与铝壳之间的电压值表
| 正极与铝壳电压V | V>1.1V | 0.9≤V<1.1V | 0.5≤V<0.9V | 0.3≤V<0.5V | <0.3V |
| 高温搁置前比例 | 9.6% | 17.4% | 49.5% | 18.1% | 5.4% |
| 高温搁置后比例 | 0.9% | 6.7% | 86.8% | 5.2% | 0.4% |
计算得电压平均值为0.7V。确定同一档位电池电压挑选的范围为0.3~1.1V，将同一档位内的电池串并联组装成电池组。
Claims (5)
1.一种提高金属壳型动力电池一致性和安全性的方法，其特征在于：选取多个同一荷电状态下的动力电池单体，并将多个动力电池单体置于高温环境下搁置一定的时间，然后分别测量每个动力电池单体正、负极与各自金属外壳之间的电压，按照所测得的每个动力电池单体正、负极与各自金属外壳之间的电压值进行分档，并将位于同一档位的多个动力电池单体串联或并联组装成电池组。
2.根据权利要求1所述的一种提高金属壳型动力电池一致性和安全性的方法，其特征在于：每个动力电池单体金属外壳材质为铝，或者为钢。
3.根据权利要求1所述的一种提高金属壳型动力电池一致性和安全性的方法，其特征在于：同一荷电状态指：多个动力电池单体均为满电态，或者均为空电态。
4.根据权利要求1所述的一种提高金属壳型动力电池一致性和安全性的方法，其特征在于：多个同一荷电状态下的动力电池单体所置于的高温环境其温度为30~55℃，搁置的时间为1~10天。
5.根据权利要求1所述的一种提高金属壳型动力电池一致性和安全性的方法，其特征在于：多个动力电池单体分档过程如下：首先计算每个动力电池单体多次测得的正、负极与各自金属外壳之间电压值的平均值X，将电压值在X±0.4V范围内的动力电池单体归为同一档位。
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