一种钛酸锂电池胀气程度的检测方法技术

本发明专利技术提供了一种钛酸锂电池胀气程度的检测方法，该法包括构建比热容与其胀气程度的关联模型，用确定的电池比热容与胀气程度的关联度评价电池胀气状态。本发明专利技术提供的技术方案以电池本身的物理参数为基础，从电池的Cp数值与胀气程度间的关联性、用电池固有的物理特性参数Cp值表征电池胀气程度的方法较之传统的衡量和评估电池的SOF状态的测试方法，具有更高的稳定性和可信度。

A method for detecting the flatulence of lithium titanate battery

The present invention provides a method for measuring the degree of gas expansion of lithium titanate batteries. The method includes constructing a correlation model between specific heat capacity and the degree of gas expansion, and evaluating the state of gas expansion of lithium titanate batteries by determining the degree of correlation between the specific heat capacity and the degree of gas expansion. The technical scheme of the invention is based on the physical parameters of the battery itself, and has higher stability and reliability than the traditional method of measuring and evaluating the SOF state of the battery by the correlation between the Cp value of the battery and the degree of expansion, and the intrinsic physical characteristic parameter Cp value of the battery. Degree.

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸锂电池胀气程度的检测方法
本专利技术涉及一种电池胀气检测方法，具体涉及一种比热容作为标准评价钛酸锂电池胀气程度的表征方法。
技术介绍
储能技术中，锂离子电池尤其是近年来兴起的钛酸锂电池(Li4Ti5O12，LTO)以其优良的循环性能、大倍率充放电等性能引起了人们广泛的关注，成为储能技术中比较理想的储能电池选择方案。任何事物均具有两面性，LTO电池虽然有许多优异的性能，但同时也存在一些不足，例如在较高温度下使用或长期循环会胀气，产生气体，电池容量衰减，内阻增加。电池整体的稳定性和安全性下降，甚至可能诱发安全事故。LTO电池广泛应用于大规模储能技术，基于安全性的考虑必须解决检测LTO单体电池的胀气程度(StateofFlatulence，SOF)的问题，否则对整个储能系统的正常工作和安全稳定运行存在潜在影响。因此需要准确检测电池的胀气状态以掌握电池老化的程度以及性能的衰减状态，确保电池的稳定性及使用安全。电池产气现象源于电解液中链状和环状的有机溶剂的不断挥发和分解，此过程会伴随电池容量的衰减，内部材料的老化，电池比热容的改变，直接外观表现为胀气鼓包。胀气体积的大小因电池内部气体压力以及电池包装材料和封装工艺而异，而在这种胀气程度下的电池的比热容却为一个确定的数值，这使得本专利技术以比热容作为标准评价电池的胀气程度成为了可能。电池胀气体积现有的测试方法一般是用测试仪器测量电池鼓胀后的体积，以测得的体积数值表示电池的胀气程度，虽然此法较为直接，但存在不足，其中并未考虑不同电池内部气体压力的差异，电池表面某点受力分析如图1所示，由理想气体状态方程可知：PV＝nRT，在同一温度T下，气体物质的量n与其压力P呈正比关系，在不同压力下，测得的气体的量是不同的。由于电池封装材料和封装工艺的差异，导致胀气后的电池的鼓胀程度区别较大。此时，胀气体积仅能作为一个定性观察的参考，而不宜用以定量表征电池的胀气状态。传统测试LTO电池以胀气体积表征电池胀气程度的方法，不能准确的评价电池的胀气状态，因为胀气体积的数值随电池内部压力、包装材料和电池封装工艺而异。因此需要提供一种技术方案来准确评估电池的胀气状态。
技术实现思路
本专利技术提供了一种钛酸锂电池胀气程度的检测方法，通过测定电池比热容的方法来确定胀气程度，以评价电池的胀气状态，将电池的胀气程度与比热容Cp间联系起来考虑，从电池本身的物理参数出发，来准确衡量和评估电池的胀气状态SOF。实现本专利技术上述目的技术方案如下：一种钛酸锂电池胀气程度的检测方法，其特征在于，所述方法包括，检测所述钛酸锂电池的比热容Cp，用胀气程度-比热容函数计算所述钛酸锂电池的胀气程度。优选的，所述胀气程度-比热容函数为：SOF＝9222.04301*Cp-7703.54978其中，Cp为直接检测得到的所述钛酸锂电池的比热容，单位为J·K-1·g-1。优选的，所述胀气程度-比热容函数按下述步骤构建：1)测定所述钛酸锂电池的初始参数：质量m0、体积V0和比热容Cp0值；2)测定第i个循环充放电处理周期对应的所述钛酸锂电池的参数：质量mi、体积Vi和比热容Cpi值；所述Cpi包括所述钛酸锂电池的混合气体的平均比热容Cpgi和电器元件自身的平均比热容Cp0；3)按下式计算混合气体的总的物质的量n：n＝ma/M其中，混合气体的平均摩尔质量M如下式所示：N：气体种类数量；Mk：气体k的摩尔质量；ωk：气体k在总气体量中所占的质量分数；其中，混合气体的质量ma如下式所示：ma＝m1×ωam1：电池第一个循环周期过后测得的电池质量；ωa：所述钛酸锂电池的混合气体质量分数，由下式计算：ωb：电池元件本身的质量分数。4)按如下公式表征所述钛酸锂电池的胀气程度SOF：取u＝6，并据此推导出所述胀气程度-比热容函数，其中，m：锂电池初始质量m0。优选的，按下述方法测定所述初始参数：将所述钛酸锂电池的荷电状态调整至SOC＝0，测定所述钛酸锂电池的初始参数：质量m0、体积V0和比热容Cp0值。优选的，将所述钛酸锂电池的荷电状态调整至SOC＝0具体为，以0.2C-2C倍率电流将无胀气的钛酸锂电池的荷电状态调整至SOC＝0。优选的，按照下述公式计算电池初始比热容Cp0值：Cp0＝P/(dT/dt)/m0，其中，P：加热功率；dT/dt：为绝热加速量热仪“mCp”模式下测试所得电池温度-时间曲线的斜率。优选的，所述循环充放电处理包括：在50～65℃下，将电池以1C～2C倍率进行充放电循环，每300-400次循环为一个循环周期，测定循环周期对应的所述钛酸锂电池的质量mi、体积Vi和比热容Cpi值，i为循环的周期数。优选的，所述钛酸锂电池在40～60℃下所述混合气体的平均比热容Cpg如下式所示：其中，k：表示第k种组分气体，Cpgk：气体k的比热容，气体K的质量在总的胀气中的质量分数。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有以下优异效果：(1)本专利技术提供的技术方案，以比热容为切入点，并综合了某些物理参数，实现了对储能电池胀气状态的准确评估和表征。(2)本专利技术提供的技术方案引入的比热值的概念，克服了传统测试方法的诸多弊端：受到电池内部压力、包装材料和封装工艺的影响，测试结果不确定性，可信度较低，且胀气体积受到电池包装材料的限制，例如当体积增至包装能够承受的极限时，其变化不再明显；(3)本专利技术建立的电池胀气程度与比热容的关联模型，能够准确预测电池不同Cp值时的胀气程度，不失为一种准确评价电池胀气程度的理论模型。(4)本专利技术提供的技术方案，将电池的比热容Cp数值与胀气程度融合在一起，从电池本身的物理参数出发，为准确衡量和评估电池的胀气状态SOF提供了可靠的支撑。附图说明图1为电池表面某一点受力分析；图2为本专利技术测试流程图；图3为ARC在“mCp”下测试结果；图4为电池胀气程度与比热容之间的关系；其中，P：电池内部气体压力；P0：外界大气压力；F：电池包装材料应力。具体实施方式本专利技术的钛酸锂电池胀气程度的检测方法包括检测所述钛酸锂电池的比热容Cp，用胀气程度-比热容函数计算所述钛酸锂电池的胀气程度，本专利技术中优选胀气程度-比热容函数为：SOF＝9222.04301*Cp-7703.54978其中，Cp为直接检测得到的所述钛酸锂电池的比热容，单位为J·K-1·g-1。实际检测过程中，可以利用已有的方法(例如本专利技术中提到的利用绝热加速量热仪ARC测量电池Cp)直接测得钛酸锂电池的Cp，代入到上述公式，即可得到钛酸锂电池的胀气程度。下面就该SOF计算公式的原理和推理过程进行说明如下：实施例1钛酸锂电池胀气程度的测定(测试过程流程图如图2所示)：步骤一：测定初始参数：以0.2C-2C倍率电流将未发生胀气的钛酸锂电池的电池荷电状态调整为SOC＝0。测定电池的初始参数：称量电池质量m0，电池体积V0。步骤二：测定电池比热容Cp：在mCp模式下，用绝热加速量热仪ARC测量电池Cp，记为Cp0，Cp0＝P/(dT/dt)/m0(1)其中，P表示加热功率，dT/dt表示斜率，m0表示电池的初始质量。步骤三：循环处理于50-65℃下，将电池以1C-2C倍率循环，循环300-400次为一个循环周期。步骤四：确定并记录电池第i个循环周期后的电池参数重复上述步骤，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛酸锂电池胀气程度的检测方法，其特征在于，所述方法包括，检测所述钛酸锂电池的比热容Cp，用胀气程度‑比热容函数计算所述钛酸锂电池的胀气程度。

【技术特征摘要】
1.一种钛酸锂电池胀气程度的检测方法，其特征在于，所述方法包括，检测所述钛酸锂电池的比热容Cp，用胀气程度-比热容函数计算所述钛酸锂电池的胀气程度。2.根据权利要求1所述的钛酸锂电池胀气程度的检测方法，其特征在于，所述胀气程度-比热容函数为：SOF＝9222.04301*Cp-7703.54978其中，Cp为直接检测得到的所述钛酸锂电池的比热容，单位为J·K-1·g-1。3.根据权利要求2所述的钛酸锂电池胀气程度的检测方法，其特征在于，所述胀气程度-比热容函数按下述步骤构建：1)测定所述钛酸锂电池的初始参数：质量m0、体积V0和比热容Cp0值；2)测定第i个循环充放电处理周期对应的所述钛酸锂电池的参数：质量mi、体积Vi和比热容Cpi值；所述Cpi包括所述钛酸锂电池的混合气体的平均比热容Cpgi和电器元件自身的平均比热容Cp0；3)按下式计算混合气体的总的物质的量n：n＝ma/M其中，混合气体的平均摩尔质量M如下式所示：N：气体种类数量；Mk：气体k的摩尔质量；ωk：气体k在总气体量中所占的质量分数；其中，混合气体的质量ma如下式所示：ma＝m1×ωam1：电池第一个循环周期过后测得的电池质量；ωa：所述钛酸锂电池的混合气体质量分数，由下式计算：ωb：电池元件本身的质量分数。4)按如下公式表征所述钛酸锂电池的胀气程度SOF：取u＝6，并据此推导出所述胀气程度-比热容函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：高飞，杨凯，王康康，刘皓，张明杰，耿萌萌，尹秀娟，惠东，刘超群，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网河北省电力公司，北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11