CN111151479A - 一种锂离子电池的电芯的分选配组方法 - Google Patents

一种锂离子电池的电芯的分选配组方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池的电芯的分选配组方法，采用本申请的分选配组方法只需简单通过增加分档参数的设置，在分容工序增加不同状态电压值得收集和分析，不需要增加新的设备和工序，实现充放电曲线分选配组；在分选工序利用容量、电压差值和K值进行分选配组，所述方法能够显著提高电芯配组的一致性，提高电池组的寿命和安全性。

Description

一种锂离子电池的电芯的分选配组方法
技术领域
本发明属于锂离子电池的电芯技术领域，具体涉及一种锂离子电池的电芯的分选配组方法。
背景技术
锂离子电池具有质量和体积能量密度高、输出功率高、循环性能优异、放电区间平稳和可快速充放电等优点，不仅在手机、数码相机和笔记本电脑等便携式电子设备上得到广泛应用，同时也广泛用于电动汽车、电动自行车、电动工具以及储能方面，市场规模也越来越大。
但是除手机、数码相机和小蓝牙电池等主要使用单体电芯外，其他的应用领域基本都是串并联组合使用，尤其是在动力电池和储能领域。由于单体锂离子电池的电芯在性能上存在一定的差异，而如果将性能差异较大的电芯配组会出现过充电或过放电的情况，会加快电芯性能衰减，严重时会导致安全问题。因此要对锂离子电池的电芯进行分组配对。
目前工业生产基本都是按照容量、内阻、电压三个方面对锂离子电池的电芯进行分组配对。
发明内容
按照容量、内阻、电压三个方面只能保证电池组在初始状态单体电芯性能参数基本一致，并且这三个参数都是静态的数据，未考虑电芯的极化内阻、自放电等的差异导致在实际使用时(储存、充放电、环境等因素)单体电芯的自放电速度、每次充放电深度有所差异，长久后会导致整个电池组的性能下降。因此十分有必要选择合适分选配组方法将静态和动态性能一致电芯配组到一起。
为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种锂离子电池的电芯的分选配组方法。采用本申请的分选配组方法只需简单通过增加分档参数的设置，不需要增加新的设备和工序，实现利用充放电曲线进行分选配组；能够显著提高电芯配组的一致性，提高电池组的寿命和安全性。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种锂离子电池的电芯的分选配组方法，所述方法包括如下步骤：
1)使用分容柜对若干化成后待分容电芯进行容量测试，收集放电容量数据，作为分档参数1，对锂离子电池的电芯进行第一次分选配组；
2)对同一配组中的锂离子电池，进行第二次分选配组，包括：
2-1)根据步骤1)的容量测试过程中得到的充放电曲线，得到电芯在不同充电态下的电压值VCi和/或不同放电态下的电压值VDi；其中，i代表荷电态；计算电芯在不同充电态下的电压平均值
Figure BDA0002354234490000021
和/或不同放电态下的电压平均值
Figure BDA0002354234490000022
然后再计算VCi和
Figure BDA0002354234490000023
的差值ΔVCi，作为分档参数2，和/或计算VDi和
Figure BDA0002354234490000024
的差值ΔVDi，作为分档参数3；
任选地，2-2)对步骤1)的分容完后的电芯先进行高温陈化，再进行常温陈化1，然后再进行常温陈化2；测试电芯常温陈化1结束时的电压V1和内阻R1，并记录测试时间T1，再测试常温陈化2结束时的电压V2和内阻R2，并记录测试时间T2；计算电芯的K值作为分档参数4，内阻R2作为分档参数5；其中，K值＝(V1-V2)/(T2-T1)；
3)利用分档设备对第一次分选配组和第二次分选配组的结果进行分选配组。
本发明中，所述的分选配组是指根据上述方法的分选原则，将满足相同条件的电芯作为一组使用。
根据本发明，步骤1)中，所述的容量测试为本领域已知的测试方法。
根据本发明，步骤1)中，将容量异常的电芯作为不良品电芯剔除，将容量正常的电芯作为良品电芯。
优选地，所述的容量异常是指容量小于工艺参数限定的最小值或大于工艺参数限定的最大值。例如工艺参数限定的最小值为3600mAh，工艺参数限定的最大值为3800mAh，即不在3600-3800mAh范围内的电芯记为容量异常的电芯。
根据本发明，步骤1)中，放电容量数据作为分档参数1具体包括：按照良品电芯的容量等级进行分档；优选地，以良品电芯的任一容量的0.5-2％作为分档梯度进行分档；所述任一容量例如可以是规格最小的容量，也可以是规格最大的容量，还可以是介于二者之间的任一容量；
示例性地，以规格最小容量的0.5-2％作为分档梯度进行分档；若电芯的规格最小容量为4000mAh，按规格最小容量的0.5％作为分档梯度，即20mAh作为分档梯度，则第一档为4000-4020mAh，第二档为4020-4040mAh，以此类推。
根据本发明，步骤2)中，根据步骤1)的分选配组，将同一容量范围的电芯作为一组，进行第二次分选配组。
根据本发明，步骤2-1)中，i代表荷电态，荷电态是指不同充电或放电的状态，例如充电20％的状态的电压值可以记为VC2，例如放电20％的状态的电压值可以记为VD2。
根据本发明，步骤2-1)中，所述的不同充电态是指充电容量与总充电容量的比例，所述比例范围为0-100％之间，例如为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。
示例性地，所述VCi例如可以是充电10％SOC、20％SOC、30％SOC、40％SOC、50％SOC、60％SOC、70％SOC、80％SOC、90％SOC或100％SOC状态下的电压值，分别记为VC1、VC2、VC3、VC4、VC5、VC6、VC7、VC8、VC9或VC10。其中，VC1表示充电容量为总充电容量10％(10％SOC)的电压值，VC2表示充电容量为总充电容量20％(20％SOC)的电压值，以此类推。
根据本发明，步骤2-1)中，所述的VCi和
Figure BDA0002354234490000031
的差值ΔVCi，作为分档参数2具体包括：根据充电电压差值ΔVCi进行分选配组。
优选地，将充电电压差值ΔVCi在一定范围内的电芯进行分选配组。
例如，将充电电压差值ΔVCi在±5mV范围内的电芯作为同一档，将充电电压差值ΔVCi在5～15mV范围内的电芯作为同一档，将充电电压差值ΔVCi在-15～-5mV范围内的电芯作为同一档，将不在上述范围内的电芯作为异常处理。
如上定义，每个电芯在一个充电状态下具有一个差值ΔVCi，可以根据实际操作需要选取某个或某几个充电状态下的差值ΔVCi作为分档参数2。
若选择某几个充电状态下的差值ΔVCi作为分档参数2时，优选几个分档参数2中占比最高的作为该电芯的分档参数2，示例性地，选择5个充电状态下的差值ΔVCi作为分档参数2，得到5个分档参数2，其中3个差值ΔVCi为同一档，余下2个差值ΔVCi为同一档，则选取3个差值ΔVCi对应的分档参数2作为该电芯的分档参数2。
根据本发明，步骤2-1)中，所述的不同放电态是指放电容量与总放电容量的比值，表示放电深度，所述比值范围为0-100％之间，例如为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。
示例性地，所述VDi例如可以是放电10％DOD、20％DOD、30％DOD、40％DOD、50％DOD、60％DOD、70％DOD、80％DOD、90％DOD或100％DOD状态下的电压值，分别记为VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6、VD7、VD8、VD9或VD10。其中，VD1表示放电容量为总放电容量10％(10％DOD)的电压值，VD2表示放电容量为总放电容量20％(20％DOD)的电压值，以此类推。
根据本发明，步骤2-1)中，所述的VDi和
Figure BDA0002354234490000041
的差值ΔVDi，作为分档参数3具体包括：根据放电电压差值ΔVDi进行分选配组。
优选地，将放电电压差值ΔVDi在一定范围内的电芯进行分选配组。
例如，将放电电压差值ΔVDi在±5mV范围内的电芯作为同一档，将放电电压差值ΔVDi在5～15mV范围内的电芯作为同一档，将放电电压差值ΔVDi在-15～-5mV范围内的电芯作为同一档，将不在上述范围内的电芯作为异常处理。
如上定义，每个电芯在一个放电状态下具有一个差值ΔVDi，可以根据实际操作需要选取某个或某几个放电状态下的差值ΔVDi作为分档参数3。
若选择某几个放电状态下的差值ΔVDi作为分档参数3时，优选几个分档参数2中占比最高的作为该电芯的分档参数3，示例性地，选择5个放电状态下的差值ΔVDi作为分档参数3，得到5个分档参数3，其中3个差值ΔVDi为同一档，余下2个差值ΔVDi为同一档，则选取3个差值ΔVDi对应的分档参数3作为该电芯的分档参数3。
根据本发明，步骤2-2)中，还包括如下步骤：
将测试得到的电压和/或内阻异常的电芯作为不良品剔除。
优选地，所述的电压和内阻异常是指电压或内阻不在工艺参数要求范围内的。示例性的，386283型号电芯的工艺要求在50％SOC左右老化时，电压在3840mV-3880mV范围内，内阻在28mΩ-34mΩ范围内为良品，则不在此范围内的即为异常，作为不良品剔除。
根据本发明，步骤2-2)中，所述高温陈化是指在35～50℃下储存放置2～7天。
根据本发明，步骤2-2)中，所述常温陈化1和常温陈化2均是指在20～30℃下储存放置2～7天。
根据本发明，步骤2-2)中，所述的常温陈化1和所述的常温陈化2的陈化温度和陈化时间可以相同，也可以不同。
根据本发明，步骤2-2)中，所述的K值作为分档参数4具体包括：根据K值进行分选配组。
优选地，将K值在一定范围内的电芯进行分选配组。
例如，将K值<0.03mV/h的电芯作为同一档，将K值在0.03～0.06mV/h范围内的电芯作为同一档，将不在上述范围内的电芯作为异常处理。
根据本发明，步骤2-2)中，所述的内阻R2作为分档参数5具体包括：根据内阻R2进行分选配组。
优选地，将内阻R2在一定范围内的电芯进行分选配组。
例如，将内阻R2数值大小在3mΩ内的作为一档。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种锂离子电池的电芯的分选配组方法，采用本申请的分选配组方法只需简单通过增加分档参数的设置，在分容工序增加不同状态电压值得收集和分析，不需要增加新的设备和工序，实现充放电曲线分选配组；在分选工序利用容量、电压差值和K值进行分选配组，所述方法能够显著提高电芯配组的一致性，提高电池组的寿命和安全性。
附图说明
图1为不同档位配组后电池组的循环曲线图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
1.选取珠海冠宇电池有限公司生产的型号386283，最小容量为3600mAh，标称电压为3.8V，需要配组成1P2S的电池组。分选配组过程及测试数据如下：
(1)将待分容的电芯进行充放电测试(充放电制度如表1所示)，收集充放电数据和容量数据。充放电数据如表1，将第二列的容量作为分档参数1，将容量不在3600～3800mAh内的电芯作为不良品剔除，剩余电芯按每50mAh分为4档，记为A(电容范围3600-3650mAh)、B(电容范围3650-3700mAh)、C(电容范围3700-3750mAh)、D(电容范围3750-3800mAh)。
表1 电芯分容充放电制度
Figure BDA0002354234490000071
(2)每个电芯在不同充电阶段的电压值VCi的计算：
总充电容量为3700mAh，分别取充电容量为10％(370mAh)、30％(1110mAh)、50％(1850mAh)和70％(2590mAh)时所对应的电压值，即获得VC1，VC3，VC5，VC7；求对应的不同充电容量状态下电芯的充电电压平均值，即得到
Figure BDA0002354234490000072
然后将每一个电芯不同充电态下的电压与平均值做差得到4个分档参数2，即ΔVC1、ΔVC3、ΔVC5、ΔVC7；将ΔVC1、ΔVC3、ΔVC5、ΔVC7数值在±5mV的作为A档，在5～15mV的作为B档，在-15～-5mV的作为C档；若存在不同档位时，选取所占比例最高的档位作为该电芯的分档参数2，其余作为异常电池处理；
(3)将每个电芯在35℃下静置放置5天，进行高温陈化；随后在20℃下静置放置5天，进行常温陈化1，测试常温陈化1结束时的电芯的电压V1、内阻R1，将电压、内阻异常的电芯剔除，然后良品电芯在20℃下静置放置5天，进行常温陈化2；测试常温陈化2结束时的电芯的电压V2、内阻R2，将电压、内阻异常的电芯剔除，计算良品电芯K值((V1-V2)/(T2-T1))作为分档参数4，将K值在0.03mV/h作为A档，0.03～0.06mV/h作为B档，其余作为异常处理；内阻R2作为分档参数5，将R2值在27～30mΩ作为A档，在30～33mΩ作为B档，其余作为异常处理。
(4)利用上述4个分档参数对电芯进行分选配组，即按4个参数在同一档位的电池标记相同的档位码，如档位码为AAAA的表示容量在3600～3650mAh，ΔVCi在±5mV，K值在0.03mV/h，R2值在27～30mΩ的电芯，档位码为BBAA的表示容量在3650～3700mAh之间，ΔVCi在5～15mV之间，K值在0.03mV/h之内；R2值在27～30mΩ之间的电芯；
表2 电芯分选配组数据
Figure BDA0002354234490000091
(5)验证：从上述分档完成的电芯取档位为BAAB的序号为10和23组成电池组，编号1#；档位为CBBB的序号为4和30组成电池组，编号2#；档位为BABA的序号为7和档位为BACA的序号17的电芯组成电池组，编号3#；1#和2#为实验组，3#位对比组，对3组电池组进行循环测试，结果如图1所示，可以看出3#电池组的容量保持率明显低于1#和2#电池组。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池的电芯的分选配组方法，所述方法包括如下步骤：
1)使用分容柜对若干化成后待分容电芯进行容量测试，收集放电容量数据，作为分档参数1，对锂离子电池的电芯进行第一次分选配组；
2)对同一配组中的锂离子电池，进行第二次分选配组，包括：
2-1)根据步骤1)的容量测试过程中得到的充放电曲线，得到电芯在不同充电态下的电压值VCi和/或不同放电态下的电压值VDi；其中，i代表荷电态；计算电芯在不同充电态下的电压平均值
Figure FDA0002354234480000011
和/或不同放电态下的电压平均值
Figure FDA0002354234480000012
然后再计算VCi和
Figure FDA0002354234480000013
的差值ΔVCi，作为分档参数2，和/或计算VDi和
Figure FDA0002354234480000014
的差值ΔVDi，作为分档参数3；
任选地，2-2)对步骤1)的分容完后的电芯先进行高温陈化，再进行常温陈化1，然后再进行常温陈化2；测试电芯常温陈化1结束时的电压V1和内阻R1，并记录测试时间T1，再测试常温陈化2结束时的电压V2和内阻R2，并记录测试时间T2；计算电芯的K值作为分档参数4，内阻R2作为分档参数5；其中，K值＝(V1-V2)/(T2-T1)；
3)利用分档设备对第一次分选配组和第二次分选配组的结果进行分选配组。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1)中，将容量异常的电芯作为不良品电芯剔除，将容量正常的电芯作为良品电芯；
优选地，所述的容量异常是指容量小于工艺参数限定的最小值或大于工艺参数限定的最大值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤1)中，放电容量数据作为分档参数1具体包括：按照良品电芯的容量等级进行分档；优选地，以良品电芯的任一容量的0.5-2％作为分档梯度进行分档；所述任一容量例如可以是规格最小的容量，也可以是规格最大的容量，还可以是介于二者之间的任一容量。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，步骤2)中，根据步骤1)的分选配组，将同一容量范围的电芯作为一组，进行第二次分选配组。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中，步骤2-1)中，所述的不同充电态是指充电容量与总充电容量的比例，所述比例范围为0-100％之间；
步骤2-1)中，所述的VCi和
Figure FDA0002354234480000021
的差值ΔVCi，作为分档参数2具体包括：根据充电电压差值进行分选配组；
优选地，将充电电压差值在一定范围内的电芯进行分选配组；
例如，将充电电压差值在±5mV范围内的电芯作为同一档，将充电电压差值在5～15mV范围内的电芯作为同一档，将充电电压差值在-15～-5mV范围内的电芯作为同一档，将不在上述范围内的电芯作为异常处理。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中，步骤2-1)中，所述的不同放电态是指放电容量与总放电容量的比值，表示放电深度，所述比值范围为0-100％之间；
步骤2-1)中，所述的VDi和
Figure FDA0002354234480000022
的差值ΔVDi，作为分档参数3具体包括：根据放电电压差值进行分选配组；
优选地，将放电电压差值在一定范围内的电芯进行分选配组；
例如，将放电电压差值在±5mV范围内的电芯作为同一档，将放电电压差值在5～15mV范围内的电芯作为同一档，将放电电压差值在-15～-5mV范围内的电芯作为同一档，将不在上述范围内的电芯作为异常处理。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其中，步骤2-2)中，还包括如下步骤：
将测试得到的电压和/或内阻异常的电芯作为不良品剔除；
优选地，所述的电压和内阻异常是指电压或内阻不在工艺参数要求范围内的。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其中，步骤2-2)中，所述高温陈化是指在35～50℃下储存放置2～7天；
步骤2-2)中，所述常温陈化1和常温陈化2均是指在20～30℃下储存放置2～7天；
步骤2-2)中，所述的常温陈化1和所述的常温陈化2的陈化温度和陈化时间可以相同，也可以不同。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其中，步骤2-2)中，所述的K值作为分档参数4具体包括：根据K值进行分选配组；
优选地，将K值在一定范围内的电芯进行分选配组；
例如，将K值<0.03mV/h的电芯作为同一档，将K值在0.03～0.06mV/h范围内的电芯作为同一档，将不在上述范围内的电芯作为异常处理。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其中，步骤2-2)中，所述的内阻R2作为分档参数5具体包括：根据内阻R2进行分选配组；
优选地，将内阻R2在一定范围内的电芯进行分选配组；
例如，将内阻R2数值大小在3mΩ内的作为一档。
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