CN110165319B

CN110165319B - 一种高容量锂电池自放电性能的分选方法

Info

Publication number: CN110165319B
Application number: CN201910496955.3A
Authority: CN
Inventors: 曹长城; 曹成群; 张晓伟; 唐正果; 王改香
Original assignee: Henan Fusen New Energy Technology Co ltd
Current assignee: Henan Fusen New Energy Technology Co ltd
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2022-02-22
Anticipated expiration: 2039-06-10
Also published as: CN110165319A

Abstract

本发明提供了一种高容量锂电池自放电性能的分选方法，属于锂离子电池技术领域，包括如下步骤：取注液后高温45℃陈化后2天的锂电池，采用0.05C～0.1C恒流充电90分钟；采用0.1～0.2C恒流充电90分钟；采用0.3C恒流恒压化成，上限保护电压4.3V，截止电流0.01C；然后采用精度0.0001V电压精度的测试仪进行测试OCV1,在高温40℃～45℃条件搁置3天后，常温放置12小时，再测试OCV2；通过结算OCV1‑OCV2的差值来筛选自放电差异大的电池；按照锂电池常规0.5C充放电检测容量，0.5C恒流充电60分钟限压4.2V结束下柜测试OCV3,常温搁置7天测试OCV4,通过再次通过结算OCV3‑OCV4的差值控制在≤9mv以内的电池为合格。采用本发明制作的锂电池，可以减少二次分容电池数量，同时提高后续锂电池成组使用的一致性和安全性。

Description

一种高容量锂电池自放电性能的分选方法

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种较高经济使用性和安全性的高容量锂电池自放电性能的分选方法。

背景技术

当前，与镍氢、镍镉电池相比，锂离子电池在3C（计算机、通讯、消费电子产品）领域以绝对优势处于领先地位；同时，为了适应节能环保要求，电动车（包括电动自行车和电动汽车）具有广阔的市场前景。作为电动车的动力源，锂离子电池具有非常大的竞争力。无论是3C电子消费领域或电动车应用领域，由于对电源能量的高要求使得电池必须按一定的方式进行并联和串联使用。电池的这种成组使用要求电池单体必须具有良好的一致性。但是，由于目前电池制造工艺、设备的限制和原材料来料性能的差异，造成锂离子电池（尤其是高容量电池）的一致性有待改善；高容量锂电池由于能量密度的要求，采用的材料、工艺设计都比较接近极限值，后期电解液充分渗透比较难；考虑到实际应用的经济性和生产效率行业一般都多采用逐步增大多阶段恒流限时充电或一次恒压充电4.2V恒流恒压化成方式，内部活性物质不能充分激活，存在概率性自放电大的电池不能有效分选；另外，电池在成组使用时，保护板的市场通用IC上限保护电压在4.25±0.05V,而锂电池行业实际生产过程中检测上限电压为4.2V,应用与检测的差异导致锂电池内部部分活性物质的副反应不充分，部分自放电大的不良电池不能及时筛选出来。这样即使生产企业在经过严格分选后，在实际成组多次使用后因个别锂电池电压不一致，导致整个锂电池组放电时间短；同时由于电压不一致导致单串过充过放，存在严重的安全隐患。

有鉴于此，高容量锂电池有必要提供一种具有较高经济使用性和安全性能的自放电分选方法。

公开号为CN106772109A的专利文献公开了一种电池自放电性能的分选方法。该分选方法包括：将分容后的电池放电至截止电压后开始静置，测量静置第一时长后的稳定电压V0；将所述电池充电至设定状态后开始静置，测量静置第二时长后的中间电压V1；将所述电池在设定温度环境下继续静置，测量静置第三时长后的最终电压V2；计算所述电池的自放电率△＝(V1-V2)/(V1-V0)，根据自放电率△和标准值判断所述电池的等级，通过给电池充入很小的容量，使得在一定的容量阈值内，电池的电压和容量呈一定比例关系，从而通过简单的物流线变化就可以实现高效的自放电测试。

公告号为CN102303023B的专利公开了磷酸铁锂电池自放电性能的检测分选方法。该方法为：1、充电到<70%SOC/；2、存放一段时间，该段时间称之为稳定时间；3、测试电池的开路电压，本步所测得的电压称之为V1；4、存放一段时间，该段时间称之为自放电时间；5、测试电池的开路电压，本步所测得的电压称之为V2；6、计算电池的电压下降量，电压下降量称之为△V,△V=V1-V2；7、△V大于标准值的电池判定为不合格品，△V小于等于标准值的电池判定为良品。

本发明不需要高温老化即可在短时间内分选出磷酸铁锂电池自放电性能，解决了现有的分选方法需要采用高温老化加速放电速度的方法来缩短检测时间所导致的检测成本高的问题。

上述分选方法可在一定时间内分选出锂电池自放电性能，但是均存在部分自放电大的不良电池不能及时筛选出来的缺陷，导致锂电池电压一致性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种高容量锂电池小电流4.3V高压化成及其根据测试OCV1和OCV2两次电压的差值和分容后OCV3和OCV4两次电压差值双重标准来实现对潜在自放电性能分选的方法，具有较高经济使用性和安全性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种高容量锂电池自放电性能的分选方法，包括以下步骤：

（1）取注液后高温45℃陈化后2天的高容量锂电池；

（2）将步骤（1）中的锂电池化成，步骤如下：第一步：采用0.05C～0.1C恒流充电；第二步：采用0.1C恒流充电；第三步：采用0.3C恒流恒压化成上限保护电压4.3V,截止电流0.01C；

（3）将步骤（2）中的锂电池采用精度0.0001V电压精度的测试仪进行测试OCV1,在高温40℃～45℃条件搁置3天，常温搁置12小时测试OCV2；通过结算OCV1-OCV2的差值来筛选自放电差异大的电池；

（4）将步骤（3）中的锂电池分容，采用如下步骤：①0.5C恒流放电2.75V；②0.5C恒流恒压充电4.2V，截止电流0.01C；③0.5C恒流放电2.75V；④0.5C恒流充电60分钟，限压4.2V；

(5) 将步骤（4）中的锂电池采用精度0.0001V的电压内阻测试仪测试OCV3,在常温条件搁置7天后测试OCV4；通过结算OCV3-OCV4的来结算差值≤9mv即为合格电池。

进一步的，所述步骤（2）中，第一步和第二步中，恒流充电时间为90分钟。

进一步的，所述步骤（2）中，第三步中，截止电流0.01C。

进一步的，所述步骤（4）中，④0.5C恒流充电60分钟，限压4.2V。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

镍钴锰酸锂材料具备技术成熟、优异的循环性能、性价比高而作为高容量锂电池首选；但是因镍钴锰酸锂随着容量的提高镍的成分占比大，在烧结的过程中表面残留物类碳酸根和氢氧根等含量比较高，同时PH值相对钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂都比较难以控制。在产业化出使用过程中，因工序环境存在的不可控性，容易电池水分含量超标，内部副反应物高于同类产品。同时，高容量电池工艺设计材料压实接近材料极限值，常规检测方式对潜在不良电池的分选存在一定的不足；考虑到各种因素，本发明采用小电流、高电压的方式进行化成，通过高温搁置充分激活内部活性物质和副反应物的产生，结合化成及分容前后两次测试OCV差值结算的方式，将自放电大的电池分选出来；同时在分容后，又通过两次测试OCV 的差值结算方式，再次将自放电大的电池分选出来。改方法制作的高容量锂电池电压稳定、一致性好，具有较强的经济性和可操作性。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合对比例和实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

对比例

一种高容量锂电池自放电性能的分选方法，包括以下步骤：

（1）取注液后高温45℃陈化后2天的高容量锂电池；

（2）化成步骤：第一步：采用0.05C恒流充电90分钟；第二步：采用0.1C恒流充电90分钟；第三步：采用0.2C恒流化成上限保护电压3.9V；

（3）然后采用精度0.0001V电压精度的测试仪进行测试OCV1,在高温40℃～45℃条件搁置3天后，常温放置12小时，再测试OCV2；通过结算OCV1-OCV2的差值来筛选出自放电小于15mv大于30mv差异较大电池；

（4）分容步骤：①0.5C恒流放电2.75V；②0.5C恒流恒压充电4.2V，截止电流0.01C；③0.5C恒流放电2.75V；④0.5C恒流恒压充电3.9V，截止电流0.01C;

(5) 采用精度0.0001V的电压内阻测试仪检测OCV3,常温搁置7天后测试OCV4, 通过结算OCV3-OCV4的来结算差值≤9mv即为合格电池；

按照步骤（1）～步骤（5）制得对比例合格电池。

实施例一

一种高容量锂电池自放电性能的分选方法，包括以下步骤：

（1）取注液后高温45℃陈化后2天的高容量锂电池；

（2）化成步骤：第一步：采用0.05C恒流充电90分钟；第二步：采用0.1C恒流充电90分钟；第三步：采用0.3C恒流化成上限保护电压4.3V，截止电流0.01C；

（3）然后采用精度0.0001V电压精度的测试仪进行测试OCV1，在高温40℃～45℃条件搁置3天后，常温放置12小时，再测试OCV2；通过结算OCV1-OCV2的差值来筛选出自放电小于50mv大于65mv差异较大电池；

（4）分容步骤：①0.5C恒流放电2.75V；②0.5C恒流恒压充电4.2V，截止电流0.01C；③0.5C恒流放电2.75V；④0.5C恒流恒压充电3.9V,截止电流0.01C;

(5)采用精度0.0001V的电压内阻测试仪检测OCV3,常温搁置7天后测试OCV4, 通过结算OCV3-OCV4的来结算差值≤9mv即为合格电池；

按照步骤（1）～步骤（5）制得实施例一合格电池。

实施例二

一种高容量锂电池自放电性能的分选方法，包括以下步骤：

（1）取注液后高温45℃陈化后2天的高容量锂电池；

（4）分容步骤：①0.5C恒流放电2.75V；②0.5C恒流恒压充电4.2V，截止电流0.01C；③0.5C恒流放电2.75V；④0.5C恒流充电60分钟，限压4.2V。

按照步骤（1）～步骤（5）制得实施例二合格电池。

通过将对比例、实施例一和实施例二制得的合格电池按照3mΩ、3mv、20mAh进行精准配对制作3串1并进行循环50周，检测压差及容量保持情况。具体检测数据如下：

通过对比例、实施例一和实施例二的成组循环前后的电压极差及容量保持率对比测试统计，在分容后后相同搁置时间、温度条件下，化成电压4.3V比化成电压3.9V的电池电压要高近0.0059V;同时，循环后容量保持高0.2个百分点，电压极差小0.006V；实施例一与实施例二对比，在相同测试条件下，由于分容补电采用恒流充电比恒流恒压充电导致循环测试后实施例二比实施例一容量保持高0.9个百分点，电压极差小0.003V。

通过检测数据对比得出以下结论：

通过小电流梯度化成同时将化成电压提高到4.3V的实施例一和实施例二与对比例化成电压3.9V的对比，说明同样梯度小电流化成提高电压的方法，能够充分加剧电池内部副反应物产生，降低后续成组应用出现的电压差异，提高容量保持率和成组使用寿命。说明该方案从源头本质在一定程度上解决了电池成组应用的一致性问题，是一种操作简单，经济实用的改善途径。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种高容量锂电池自放电性能的分选方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）取注液后高温45℃陈化后2天的高容量锂电池；

（2）将步骤（1）中的锂电池化成，步骤如下：第一步：采用0.05C恒流充电；第二步：采用0.1C恒流充电；第三步：采用0.3C恒流化成，恒压上限保护电压4.3V，截止电流0.01C；

（4）将步骤（3）中的锂电池分容，采用如下步骤：①0.5C恒流放电2.75V；②0.5C恒流充电，恒压4.2V充电，截止电流0.01C；③0.5C恒流放电2.75V；④0.5C恒流充电60分钟，限压4.2V；

2.如权利要求1所述的一种高容量锂电池自放电性能的分选方法，其特征在于：所述步骤（2）中，第一步和第二步中，恒流充电时间为90分钟。