CN113219360A

CN113219360A - 一种基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法

Info

Publication number: CN113219360A
Application number: CN202110615575.4A
Authority: CN
Inventors: 吴正能; 胡学平; 杨庆亨; 高枫洁; 孙绮
Original assignee: Zhongxing Pylon Battery Co Ltd
Current assignee: Zhongxing Pylon Battery Co Ltd
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2021-08-06
Anticipated expiration: 2041-06-02
Also published as: CN113219360B

Abstract

本发明提出了一种基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法，包括如下步骤：S1、充电：以恒流恒压对电池进行充电，上限电压为4.35V，截止电流为0.05C；S2：放电：以恒流对电池进行放电，下限电压为3.0V；以S1至S2为一个循环，间隔固定循环于充电过程完成后保持4.35V恒压充电24h，循环100次或1000h后结束。本发明操作过程简单、设备简单、方法简单，采用每2个循环时在高电压下保持24h的充电策略方法循环，能够大幅缩短测试周期，节省测试通道资源。特别地，可以加速LCO、NCM电芯循环过程中的老化行为，对于锂电池循环寿命加速测试开拓了一种简单有效的方法，对于研究不同正极材料的失效分析提供了新的开发模式。

Description

一种基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法

技术领域

本发明涉及锂电池测试技术领域，尤其涉及一种基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法。

背景技术

锂离子电池是一种可反复充放电的二次电池，近年来，在消费类电子、新能源汽车等政策持续刺激下，锂离子电池作为新能源已经广泛进入普遍推广阶段。然而，客户对于锂电池的需求不仅仅是安全、续航里程，还有使用寿命和充电时间的要求，这也是电动汽车能否普及推广的关键。现阶段，电池的循环寿命测试通常采用GB/T31484-2015测试标准循环寿命的方法，即使用1C恒流恒压充电，静置后，1C恒流放电。随着电池的老化，电池阻抗不断增加，恒流恒压充电时的恒压阶段也明显增加。一般整车电池包的慢充策略基本上是小倍率的恒流充电，没有恒压阶段，充电时间一般大于6小时。一方面，长时间的循环寿命评测影响了电池的开发周期，长时间的充电为很多客户带来不便；另一方面，消费电子设备和电动汽车中的锂离子电池在充电后通常会长时间保持高电位，这意味着在充电后总是立即放电的充放电协议在预测锂离子电池的寿命和失效方面不切实际。因此，开发真实的锂离子电池使用充放电策略对于全面了解锂电池的性能至关重要。

现有技术方案中，发明专利CN109061513A公开了一种改善磷酸铁锂动力锂电池循环寿命的测试方法，通过大电流恒流充电转小电流恒流充电的循环测试方法，减小了电池的极化，为整车的充电控制策略提供有效的建议；该方法使用多步恒流对电池充电，且变换恒流充电的电流值，方法较为复杂；而且，充电末端减小电流目的是减小极化，不能达到在高电位下浮充加速老化的目的；

发明专利CN106124997B公开了一种磷酸铁锂电池的高温寿命测试方法，充满后在高温条件下进行特定时间的小电流浮充循环。该方法通过若干次循环后，设定温度条件下取3次容量，与标称容量的75％进行比较判定是否合格，测试周期短，但对于LCO和NCM电池浮充老化不能达到理想的水平，并且加速衰减的效果不明显，方法也较为复杂；

发明专利CN111106404A提出一种磷酸铁锂电池浮充优化方法，在磷酸铁锂电池浮充循环使用过程中采用“阶梯充电-浮充充电-恒流放电”三段充放电方式，减少活性物质的劣化,提高磷酸铁锂电池循环使用寿命。该方法复杂，对于LFP电池能改善循环，不能起到相反的缩短验证周期和循环加速寿命测试效果。同时，也没有对于不同体系下不同材料循环老化的加速验证。

现有公开的技术方案中，没有针对不同体系不同材料锂电池浮充加速循环衰减的发明方法，特别是没有针对LCO、NCM正极材料的电芯加速老化研究。目前针对加速寿命试验主要是通过升高温度和提高电流大小来模拟；而针对浮充和循环衰减，现有技术方案中，主要是阶梯充电的策略，即电流逐渐减小，消除极化，改善锂电池循环，特别是磷酸铁锂电池的循环寿命。因此，目前鲜有简单且有效的LCO、NCM电池浮充策略加速循环寿命研究和缩短验证周期的技术方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法，获得更高的平均电压、代表最差的充电情况、提供更高能量密度老化速率的途径。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法，包括如下步骤：

S1、充电：以恒流恒压对电池进行充电，上限电压为4.35V，截止电流为0.05C；

S2：放电：以恒流对电池进行放电，下限电压为3.0V；

以S1至S2为一个循环，间隔固定循环于充电过程完成后保持4.35V恒压充电24h，循环100次或1000h后结束。

进一步地，所述充电以及放电过程中，所述锂电池循环温度不大于35℃。

进一步地，于所述充电或放电过程结束后，将所述锂电池搁置5min，搁置环境温度不大于35℃。

进一步地，所述充电或放电过程中，所述锂电池处于2-5个标准大气压环境下。

进一步地，于所述充电过程前或于所述放电过程结束后，所述锂电池所剩电量不大于30％。

进一步地，所述保持4.35V恒压充电24h前，至少具备一次S1至S2的循环。

进一步地，所述基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法的作用对象为以LCO或NCM作为正极材料的锂电池电芯。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1.创新地提出在常温下每2个循环在高电压下保持24h的浮充充电策略，该方法循环过程简单、设备简单、操作简单；

2.开发了基于CV 24h的浮充策略加速循环寿命测试方法，该方法能够大幅缩短测试验证周期，节省测试通道，对于锂电池循环寿命加速测试开拓了一种简单有效的方法；

3.该方法适用性强，具有可移植性，对于LCO、NCM不同材料体系的电芯循环过程中老化行为均适用，对于研究不同正极材料的失效分析提供了创新思路。

附图说明

参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：

图1是本发明提出的一种基于浮充策略的循环寿命测试方法第一实施方式的流程图；

图2是本发明提出的一种基于浮充策略的循环寿命测试方法第二实施方式的流程图；

图3是实施例1于对比例1中LCO循环的容量保持率示意图；

图4是实施例2于对比例2中NMC622循环的容量保持率示意图；

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

一种基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法，包括如下步骤：

S2：放电：以恒流对电池进行放电，下限电压为3.0V；

以S1至S2为一个循环，间隔固定循环于充电过程完成后保持4.35V恒压充电24h，循环150次或1000h后结束。

上述充电或放电过程中，锂电池的循环温度不大于35℃，且锂电池处于2-5个标准大气压的正压环境下通过提升锂电池的循环温度以提高锂电池内电芯的衰减速度，但因循环温度的提升，锂电池内部易产气，故于2-5个标准大气压的正压环境中可以有效防止内部产气，从而产生的析锂的情况。

于上述充电过程之前或放电过程结束后，保证进行测试的锂电池其内所剩余的电量不大于30％，以此来加速锂电池寿命的衰减。

于充电或放电过程结束后，将锂电池搁置5min，搁置环境温度不大于35℃。

根据本发明的一实施方式结合图1示出，进行测试的锂电池经历一个S1至S2的循环，于第二个循环过程中，于充电过程结束后，保持4.35V恒压充电24h；之后每隔一个S1至S2循环，则进行一次CV24h充电过程。

根据本发明的另一实施方式结合图2示出，进行测试的锂电池经历两个S1至S2的循环，于第二个循环过程中，于充电过程结束后，保持4.35V恒压充电24h；之后每隔两个S1至S2循环，则进行一次CV24h充电过程。

上述实施过程中，图1至图2中的i为锂电池经历S1至S2的循环过程次数，n为自然数(不包括0)。其中相邻CV24h充电过程间所间隔的S1至S2的循环过程次数为自然数(不包括0)，于进行首次CV24h充电过程前锂电池应至少进行过一次S1至S2的循环过程，但其进行的S1至S2的循环过程次数不大于相邻CV24h充电过程中间隔的S1至S2的循环过程次数。

以下结合实施例作具体说明，实施例中相邻CV24h充电过程中间隔一次S1至S2的循环过程，保持4.35V恒压充电24h以下以CV 24h作简称。

【实施例1】

浮充策略循环寿命测试方法在钴酸锂(LCO)电芯上的应用：取LCO软包电芯，1C进行恒流恒压充电CCCV，上限电压4.35V，截止电流0.05C；搁置5min；1C进行恒流放电DC，下限电压3.0V；搁置5min；1C进行恒流充电CC，截止电压4.35V，然后4.35V恒压充电CV24h，恒压截止电流设置为0V，即以24h时间截止；搁置5min；1C进行恒流放电DC，下限电压3.0V；搁置5min；一个正常的恒流恒压充电CCCV、恒流放电DC(如1C)循环；以上循环50次(或循环1000h)结束。上述循环过程以及搁置过程均于室温环境下完成，并向测试的锂电池施加3个标准大气压的正压。通过常温下每2个循环在高电压下保持24h的浮充充电策略，对于LCO起到了加速衰减的效果，测试结果如图3显示：相比与没有CV 24h的正常CCCV充电策略，浮充充电策略在不到1000h出现了容量跳水现象，循环700h低于80％保持率，对照组正常CCCV循环无CV 24h，1000h保持率高于90％。因此，在循环过程中，该浮充策略循环寿命测试方法在钴酸锂(LCO)电芯上具有加速衰减、缩短验证周期的效果。

【实施例2】

浮充策略循环寿命测试方法在软包三元材料(NMC622)电芯上的应用：取三元NMC622软包电芯，1C进行恒流恒压充电CCCV，上限电压4.35V，截止电流0.05C；搁置5min；1C进行恒流放电DC，下限电压3.0V；搁置5min；1C进行恒流充电CC，截止电压4.35V，然后4.35V恒压充电CV 24h，恒压截止电流设置为0V，即以24h时间截止；搁置5min；1C进行恒流放电DC，下限电压3.0V；搁置5min；接着一个正常的恒流恒压充电CCCV、恒流放电DC(如1C)循环；以上循环50次(或循环1000h)结束。上述循环过程以及搁置过程均于35℃环境下完成，并向测试的锂电池施加5个标准大气压的正压。通过常温下每2个循环在高电压下保持24h的浮充充电策略，对于NMC622起到了加速衰减的效果，测试结果如图4显示：相比与没有CV 24h的正常CCCV充电策略，浮充充电策略在900h出现了容量跳水现象，保持率不足80％；对照组正常CCCV循环无CV 24h，900h保持率95％左右。对于三元材料来说，在高电压位上持续CV，使得负极SEI膜的破坏活性锂消耗以及正极材料的结构坍塌导致容量加速衰减老化。因此，该浮充策略循环寿命测试方法在软包三元(NMC622)电芯上具有加速衰减、缩短验证周期的效果。

对比例1

本实施例与实施例1的不同点在于，LCO循环过程没有使用CV 24h的浮充策略，即正常的1C CCCV充电。其循环容量保持率相比于实施例1高，没有加速衰减的效果，不如实施例1。

对比例2

本实施例与实施例2的不同点在于，NMC622循环过程没有使用CV 24h的浮充策略，即正常的1C CCCV充电。其循环容量保持率相比于实施例2高，没有加速衰减的效果，不如实施例2。

对比例3

本实施例与实施例1的不同点在于，循环过程使用了更长的CV浮充策略，即充电过程CV 48h。其循环容量保持率相比于对比例1。CV更长时间，时间浪费，加速效果不如对比例1，且保持率与CV24h相当。

由上可见，采用每2个循环时在高电压下保持24h的充电策略方法循环，能够大幅缩短测试周期，节省测试通道资源。特别地，可以加速LCO、NCM电芯循环过程中的老化行为，对于锂电池循环寿命加速测试开拓了一种简单有效的方法，对于研究不同正极材料的失效分析提供了新的开发模式。

本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S2：放电：以恒流对电池进行放电，下限电压为3.0V；

2.根据权利要求1所述的基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法，其特征在于，所述充电以及放电过程中，所述锂电池循环温度不大于35℃。

3.根据权利要求2所述的基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法，其特征在于，于所述充电或放电过程结束后，将所述锂电池搁置5min，搁置环境温度不大于35℃。

4.根据权利要求1所述的基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法，其特征在于，所述充电或放电过程中，所述锂电池处于2-5个标准大气压环境下。

5.根据权利要求1所述的基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法，其特征在于，于所述充电过程前或于所述放电过程结束后，所述锂电池所剩电量不大于30％。

6.根据权利要求1所述的基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法，其特征在于，所述保持4.35V恒压充电24h前，至少具备一次S1至S2的循环。

7.根据权利要求1-6任一所述的基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法，其特征在于，所述基于浮充策略的锂电池循环寿命测试方法的作用对象为以LCO或NCM作为正极材料的锂电池电芯。