锂镀敷的检测方法、对二次电池充电的方法和设备以及使用其的二次电池系统技术方案

技术编号:16113685 阅读:45 留言:0更新日期:2017-08-30 07:01
本发明专利技术提供了一种用于检测锂镀敷的非破坏性方法、一种通过使用该方法在不发生锂镀敷的条件下对二次电池充电的二次电池充电方法和设备、以及通过使用该方法对二次电池的状态进行检测的二次电池系统,通过所述方法能够在二次电池的实际使用环境中实时检测锂镀敷。根据本发明专利技术的用于检测锂镀敷的方法是一种通过在对二次电池充电期间对作为SOC的函数的电池电压的变化进行观察来实时检测负极中的锂镀敷,并且将所述电池电压的上升速度减慢的点确定为锂镀敷发生点的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂镀敷的检测方法、对二次电池充电的方法和设备以及使用其的二次电池系统
本专利技术涉及一种用于检测锂离子二次电池中的锂镀敷的方法,更特别地,本专利技术涉及一种通过非破坏性方法确定是否实时发生锂镀敷的方法。此外,本专利技术涉及一种充电方法和在通过使用该方法在不发生锂镀敷的条件下对二次电池充电的设备。另外,本专利技术涉及通过使用该方法来检测二次电池的状态的二次电池系统。本申请要求2015年8月24日向韩国提交的韩国专利申请10-2015-0118919号的优先权,通过参考将其内容并入本文中。
技术介绍
近来,随着诸如膝上型计算机和移动电话的手持式电子产品的需求的急剧增长以及对电动推车(electriccarts)、电动轮椅和电动自行车的需求的增长,对能够重复充电的高性能二次电池正在进行深入研究。此外,更近期地,随着碳能的逐渐用尽和对环境的日益关注,全球对混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)的需求正在逐渐增加。因此,更深度的关注和更深入的研究集中在作为HEV或EV的关键部件的车辆用二次电池。锂离子二次电池是高性能二次电池和车辆用二次电池的最现实的技术。锂离子二次电池通过在负极和正极处重复嵌入并脱嵌锂离子来工作。在电极之间存在其中锂离子移动但电子不移动的含锂盐的电解质。在高容量和高密度方面,对二次电池进行了许多研究,但改善寿命和安全性也很重要。为此,需要抑制电极表面上与电解液的分解反应,并防止过充电/过放电。特别地,需要防止在负极表面上锂的沉积,即所谓的锂镀敷(Li镀敷)。原因在于,锂镀敷不仅会引起与电解液的副反应并改变二次电池的动力学平衡,导致诸如容量损失的二次电池的劣化,而且会影响二次电池的寿命并造成过与充电控制功能失效相关的安全性问题。然而,通常,实时检测二次电池中的锂镀敷是非常困难的。负极上的锂镀敷的早期非破坏性检测包括在低温下的放电、热容量分析和厚度增加分析。然而,它们不涉及在使用二次电池的环境中进行的测量。因此,需要在二次电池的实际使用环境中实时检测锂镀敷。
技术实现思路
技术问题本专利技术涉及提供一种用于检测锂镀敷的非破坏性方法,通过所述方法能够在二次电池的实际使用环境中实时检测锂镀敷。本专利技术还涉及提供一种二次电池充电方法和通过使用该方法在不发生锂镀敷的条件下对二次电池充电的设备。本专利技术还涉及提供一种通过使用该方法检测二次电池状态的二次电池系统。技术方案为了实现上述目的,根据本专利技术的检测锂镀敷的方法是通过在对二次电池充电期间对作为SOC的函数的电池电压(全电池电势)的变化进行观察来实时检测负极中的锂镀敷的方法,并且将电池电压的上升速度减慢的点作为锂镀敷发生点。在一个实施方案中,通过在对二次电池充电的同时测量作为SOC的函数的电池电压来得到SOC-V图。据此,得到SOC-dV/dQ图,所述SOC-dV/dQ图显示作为SOC的函数的电池电压的变化dV/dQ。将在SOC-dV/dQ图上斜坡增加减慢的点确定为锂镀敷发生点。为了实现另一目的,根据本专利技术的用于对二次电池充电的方法包括:通过在不同的充电速率下对作为SOC的函数的电池电压(全电池电势)进行测量来获取数据;得到协议(protocol),所述协议被设计为通过由获取的数据将电池电压的上升速度减慢的点设为锂镀敷发生点和充电界限,从而逐步改变充电速率;以及根据所述协议对二次电池充电。数据获取步骤中的充电速率可以在0.25C~5C的范围内。所述协议可能具有高于1C的初始充电速率。特别地,所述协议可以具有1.5C~5C的初始充电速率。协议可以包括在各个充电速率下终止充电之后逐步降低的充电速率和充电电压信息。根据本专利技术的对二次电池充电的设备包含:电源单元,所述电源单元用于输出从商用电源输入的充电电压;和充电单元,所述充电单元用于将从电源单元输入的充电电压作为充电电流输出到二次电池以对二次电池充电,并且当二次电池的电池电压(全电池电势)达到预设阶段时对充电电流采取控制以使得输出到二次电池的充电电流逐步改变,其中充电单元按照协议在逐步调整的充电电流下对二次电池充电,所述协议被设计为通过将二次电池的电池电压的上升速度减慢的点设为锂镀敷发生点和充电界限来逐步改变充电速率。根据本专利技术的二次电池系统是包含二次电池的二次电池系统,并且二次电池系统包含用于计算dV/dQ值的dV/dQ计算装置,所述dV/dQ值是在对二次电池充电期间二次电池中的存储能量的量Q变化时二次电池的存储能量的量Q的变化量dQ对电池电压V的变化量dV之比,其中将在SOC-dV/dQ图上斜坡增加减慢的点确定为二次电池负极中的锂镀敷发生点,所述SOC-dV/dQ图显示了SOC与dV/dQ之间的关系。二次电池系统可以包含:电流传感器,所述电流传感器用于感测在二次电池中流动的电流值I;电压传感器,所述电压传感器用于感测二次电池的电池电压;以及作为dV/dQ计算装置的控制器,所述控制器可以通过对各个预定时间的电流值进行积分来估计二次电池中的存储能量的量,通过与积分的电流同步来得到各个预定时间的电池电压,并且通过将在二次电池充电期间二次电池的电池电压相对于其相应的存储能量的量求微分来计算dV/dQ值。此处,当确定为锂镀敷发生点时,控制器可以停止充电。相反,当确定为锂镀敷发生点时,控制器可以在充电的同时降低二次电池的充电电流和充电电压中的至少一者以实现完全充电。有益效果根据本专利技术,能够在锂离子二次电池的实际使用环境中实时检测锂镀敷。该方法是非破坏性的,而且不仅能够实时检测,而且可以在实际使用环境中检测,提供精确确定二次电池的状态的效果。根据本专利技术的检测锂镀敷的方法能够用于设定不发生锂镀敷的充电条件。由此,二次电池能够快速充电,并能够防止由于锂镀敷引起的劣化,确保长的寿命。因为要注意锂镀敷,特别是当以高充电速率快速充电时,所以本专利技术可以用于快速充电。根据本专利技术的对二次电池充电的设备和方法,二次电池在不发生锂镀敷的情况下进行充电,不存在沉积的锂与电解液的副反应且不会改变二次电池的动力学平衡,并且防止造成二次电池的劣化。在不引起锂镀敷的界限内以高充电速率进行充电,从而实现快速充电。作为SOC的函数的电池电压的变化在各个二次电池中可能不同。本专利技术基于二次电池的测试而精确地掌握了在充电期间发生锂镀敷的条件,并且为各个二次电池提出了最佳充电方法,而不是不考虑二次电池的特性提出统一的充电界限的建议。根据本专利技术的二次电池系统实现了检测锂镀敷的方法。通过该系统,可以在使用二次电池的同时以便利的方式精确地检测二次电池的状态,并且具有通过处理诸如快速锂镀敷的情况来阻止二次电池的劣化传播的效果。附图说明附图显示了本专利技术的优选实施方案并且与前述
技术实现思路
一起用于进一步理解本专利技术的技术主旨。然而,本专利技术不被解释为限于所述附图。图1是通过根据本专利技术的实验例制造LiNixCoyMnzO2/石墨三电极电池并以3C的充电速率对其充电而得到的电势对SOC的图。图2是得自图1的电势相对于充电容量变化的变化(dV/dQ)对SOC的图。图3是用于验证根据本专利技术的检测锂镀敷的方法的有效性的循环寿命比较图。图4是根据本专利技术的对二次电池充电的方法的流程图。图5是展示电池电压对充电速率的图,其描述了根据本专利技术的对二次电池充电的方法和基于所述方法在以协议为导向的充电期间的电池电本文档来自技高网
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锂镀敷的检测方法、对二次电池充电的方法和设备以及使用其的二次电池系统

【技术保护点】
一种用于检测锂镀敷的方法,利用所述方法通过在对二次电池充电期间对作为SOC的函数的电池电压的变化进行观察来实时检测负极中的锂镀敷,所述方法包括:将所述电池电压的上升速度减慢的点确定为锂镀敷发生点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.24 KR 10-2015-01189191.一种用于检测锂镀敷的方法,利用所述方法通过在对二次电池充电期间对作为SOC的函数的电池电压的变化进行观察来实时检测负极中的锂镀敷,所述方法包括:将所述电池电压的上升速度减慢的点确定为锂镀敷发生点。2.根据权利要求1所述的用于检测锂镀敷的方法,其中所述方法包括:通过在对所述二次电池充电的同时对作为SOC的函数的电池电压进行测量来得到SOC-V图;根据SOC-V图得到SOC-dV/dQ图,所述SOC-dV/dQ图显示了作为SOC的函数的电池电压的变化dV/dQ;以及将在所述SOC-dV/dQ图上斜坡增加减慢的点确定为所述锂镀敷发生点。3.一种用于对二次电池充电的方法,包括:通过在不同充电速率下对作为SOC的函数的电池电压进行测量来获取数据;得到协议,所述协议被设计为根据获取的数据通过将所述电池电压的上升速度减慢的点设为锂镀敷发生点和充电界限来逐步改变充电速率;以及根据所述协议对二次电池充电。4.根据权利要求3所述的用于对二次电池充电的方法,其中在所述数据获取步骤中的所述充电速率在0.25C~5C的范围内。5.根据权利要求3所述的用于对二次电池充电的方法,其中所述协议具有高于1C的初始充电速率。6.根据权利要求3所述的用于对二次电池充电的方法,其中所述协议具有1.5C~5C的初始充电速率。7.根据权利要求3所述的用于对二次电池充电的方法,其中所述协议包括逐步降低的充电速率和在各个充电速率下终止充电之后的充电电压信息。8.一种用于对二次电池充电的设备,包含:电源单元,所述电源单元用于输出从商用电源输入的充电电压;和充电单元,所述充电单元用于...

【专利技术属性】
技术研发人员:李赫武金孝美吴松泽李松叶
申请(专利权)人:株式会社LG化学
类型:发明
国别省市:韩国,KR

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