一种锂离子电池析锂的无损检测方法及其应用方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池的无损检测方法，包括以下步骤：待测电池的充电过程、电化学激励过程、分析过程。本发明专利技术根据电化学激励过程中锂离子电池交流阻抗随时间的变化情况来判断电池内部是否析锂，当交流阻抗出现随时间阶跃的现象，说明在充电过程中所述待测锂离子电池出现析锂。本发明专利技术中检测方法属于无损检测，能够快速获取实验参数、准确反映电池内部的析锂情况。本发明专利技术中的检测方法适用于判断锂离子电池在不发生析锂情况下的充电条件，确定电池充电过程中最大充电电流、最大充电电压等充电参数，以及确定充电过程中的温度等外界条件的参数范围。通过确定的充电参数实现在不影响电池性能的前提下完成对电池的快速充电。

A Nondestructive Testing Method for Lithium Evolution from Lithium Ion Batteries and Its Application

The invention discloses a nondestructive testing method for lithium ion batteries, which comprises the following steps: charging process, electrochemical excitation process and analysis process of the batteries to be tested. According to the change of AC impedance of lithium-ion batteries with time during electrochemical excitation, the invention can judge whether lithium is precipitated inside the batteries. When the AC impedance appears to step with time, it shows that lithium is precipitated in the lithium-ion batteries to be measured during charging. The detection method in the invention belongs to non-destructive testing, which can quickly obtain experimental parameters and accurately reflect the lithium evolution inside the battery. The detection method in the invention is suitable for judging the charging conditions of lithium ion batteries without lithium evolution, determining the charging parameters such as maximum charging current, maximum charging voltage, and determining the parameters range of external conditions such as temperature in the charging process. The fast charging of batteries can be achieved without affecting the performance of batteries by determining charging parameters.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池析锂的无损检测方法及其应用方法
本专利技术属于锂离子电池测试领域，具体涉及一种锂离子电池析锂的无损检测方法及其应用方法。
技术介绍
新能源技术是当代的高新技术，锂离子电池行业作为新能源领域的重要组成部分，受到各界的瞩目，同时也处于行业的高速发展期；随着锂离子电池在各行各业中的广泛应用，市场的不断增加，对其成本、能量密度、倍率性能、高低温性能、循环性能、安全性能等方面也提出了更高的要求。目前行业内为提高单体电芯能量密度方法主要是通过使用高镍正极材料搭配石墨混合硅基负极材料，以达到在保证产品可靠性的基础上，提高单体电芯能量密度的目的。但是随着科技进步以及人们工作及生活需求的不断变化，除了对电芯能量密度的要求，电芯在应用的过程中所花费的时间成本也成为其关键指标之一，快速充电成为人们对锂离子电池性能的期待之一；同时还要求其可以在更宽的温度范围应用以及更长的循环寿命。但是锂离子电池在大倍率充电、低温充电或经过循环后极化增大等情况下都容易出现析锂，而析锂会加速电池的容量衰减，使得电池内阻增加，并且锂枝晶有可能刺破隔膜导致内部短路，造成安全问题。以上情况都会加速锂离子电池的老化，导致电池性能降低、失效，甚至可能出现更加严重的后果。因此，分析锂离子电池内部的析锂情况，在不发生析锂的情况下设定锂离子电池的充电条件，对锂离子电池的充电性能和使用性能具有重大意义。目前检测电池析锂的方法包括拆解法和无损检测。拆解法属于破坏性的检测方法，对电池进行拆解，然后判断电池内部是否出现析锂，该方法对电池进行拆解之后无法进行后续的分析测试，更重要的是在电池的拆解过程中，存在严重的安全隐患，容易因操作不当或生产环境不良而发生安全事故，导致财产损失，甚至危害工作人员的人身安全。现在，拆解法正逐步被无损检测所替代，无损检测不需对电池进行不可逆的拆解就能获取电池析锂的情况。例如申请号为201711141760.4名为《锂离子电池析锂的检测方法》的中国专利技术专利，该专利公开了一种锂离子电池析锂的检测方法：将待测锂离子电池预化成后进行搁置封口，具体为一次搁置；大电流恒流充电；二次搁置；小电流恒流恒压充电。若在小电流恒流恒压充电过程中某一阶段出现电压连续下降，则判定待测锂离子电池有析锂现象。该方法原理较为简单，但是搁置封口时间较长，检测过程需要花费较长的时间，检测效率较低。例如申请号为201210312700.5名为《一种锂离子动力电池析锂的检测方法》的中国专利技术专利、申请号为201710342850.3名为《电池析锂的检测方法、电池管理系统及电池系统》，上述专利公开的检测方法在不拆解锂离子电池的情况下，通过获取合适的电学参数，然后对电学参数进行分析，继而能够得到锂离子电池的析锂情况。上述检测方法均能在无损条件下反应锂离子电池内部的析锂情况，在锂离子电池的测试过程中，寻找简单准确的析锂检测方法，对判断锂离子电池的充电条件具有重要意义。
技术实现思路
为了解决所述现有技术的不足，本专利技术提供了一种锂离子电池的无损检测析锂方法，包括以下步骤：待测电池的充电过程、电化学激励过程、分析过程。本专利技术根据电化学激励过程中锂离子电池交流阻抗随时间的变化情况来判断电池内部是否析锂，当交流阻抗出现随时间阶跃的现象，说明在充电过程中所述待测锂离子电池出现析锂。本专利技术中检测方法属于无损检测，能够快速获取实验参数、准确反映电池内部的析锂情况。本专利技术中的检测方法适用于判断锂离子电池在不发生析锂情况下的充电条件，确定电池充电过程中最大充电电流、最大充电电压等充电参数，以及确定充电过程中的温度等外界条件的参数范围。通过确定的充电参数实现在不影响电池性能的前提下完成对电池的快速充电。本专利技术所要达到的技术效果通过以下方案实现：本专利技术提供了一种锂离子电池的无损检测方法，包括如下步骤：S01，充电过程：将待测锂离子电池充电至设定状态；S02，电化学激励过程：充电结束后，对所述待测锂离子电池间歇性施加交流电化学扰动信号并监测其交流阻抗；S03，分析过程：分析所述交流阻抗随时间的关系，如果所述交流阻抗出现随时间阶跃的现象，说明在充电过程中所述待测锂离子电池出现析锂。锂离子电池在使用在使用过程中可以简化为充电、静置、放电的不断重复。充电过程中，锂离子从正极脱出，穿过隔膜在负极表面得到电子；放电过程与之相反，锂离子从负极脱出，回到正极，因此金属锂的析出发生在电池充电的过程中。本专利技术以电池充电过程为研究对象，提供一种锂离子电池在充电过程中是否析锂的无损检测方法。本专利技术中锂离子电池析锂检测方法属于无损检测，通过对充电完成后的锂离子电池进行间歇性的电化学激励，测试锂离子电池的交流阻抗，根据交流阻抗随时间的变化规律，判断在充电过程中锂离子电池是否出现了金属锂的析出。本专利技术方法简单易行，在避免拆解电池的情况下进行无损分析，准确判断锂离子电池在充电过程中是否出现析锂，为锂离子电池充电参数的选取提供依据。本专利技术中检测方法适用范围广，对不同型号、不同尺寸的电池均有很好的适用性。待测锂离子电池可以是圆柱形锂离子电池、方形锂离子电池、软包装电池、铝壳电池等等。为了保证测试结果的准确性，避免因锂离子电池本身的差异对实验产生影响，待测试锂离子电池要满足出厂要求，即待测锂离子电池要求是电池生产过程中经过化成分容工序后的电池，保持电池状态正常，其容量指标、内阻指标都满足电池生产企业的出厂要求，电池一致性越好，检测结果越准确，越能反应电池内部是否析锂的真实情况。优选地，所述充电过程为恒流充电过程。锂离子电池常用的充电方式包括恒流充电和恒压充电，锂离子电池内部金属锂析出通常出现在恒流充电阶段。恒压充电是一个去极化的过程，电池内部极化情况逐渐变小，充电电流不断变小，负极表面析出的金属锂再次嵌入电池负极。本专利技术中优选恒流充电方式，将锂离子电池恒流充电至设定状态后不进行恒压充电，排除因恒压充电引起金属锂再次嵌入电池负极而对检测结果的影响。进一步地，所述充电至设定状态为充电至设定电压值或充电至设定SOC值。本专利技术中首先将锂离子电池充电至设定状态，作为一个测试条件，不需要对设定状态，即设定截止电压值或设定SOC值进行特殊限定，说明本专利技术的检测方法具有很好的适用性。当然设定电压值不能超过电池满电时的电压，设定SOC值不能超过100%，避免出现过充情况，影响电池的使用寿命和循环性能，避免因过充而发生危险。进一步地，所述充电过程、所述电化学激励过程、所述分析过程的温度相同，且均为恒温条件。进一步地，所述恒温条件的温度误差为±1℃。充电过程、电化学激励过程、分析过程温度相同且均为恒温，保证测量结果能够真实反应锂离子电池充电时的内部情况。当然，上述温度应为电池能够正常工作的温度范围。恒温条件温差误差为±1℃，保证测量结果的准确性。进一步地，所述交流电化学扰动信号的振幅为20mA、频率范围为500mHz-100KHz。进一步地，所述交流电化学扰动信号的间隔时间为2-6min。进一步地，所述交流电化学扰动信号施加次数为5-10次。本专利技术还提供了一种上述锂离子电池析锂的无损检测方法的应用方法，其特征在于：所述检测方法应用于判断锂离子电池在不发生析锂情况下的充电条件。进一步地，所述充电条件包括所述锂离子电池的健康状态及其所处的温度环境、充电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池析锂的无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S01，充电过程：将待测锂离子电池充电至设定状态；S02，电化学激励过程：充电结束后，对所述待测锂离子电池间歇性施加交流电化学扰动信号并监测其交流阻抗；S03，分析过程：分析所述交流阻抗随时间的关系，如果所述交流阻抗出现随时间阶跃的现象，说明在充电过程中所述待测锂离子电池出现析锂。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池析锂的无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S01，充电过程：将待测锂离子电池充电至设定状态；S02，电化学激励过程：充电结束后，对所述待测锂离子电池间歇性施加交流电化学扰动信号并监测其交流阻抗；S03，分析过程：分析所述交流阻抗随时间的关系，如果所述交流阻抗出现随时间阶跃的现象，说明在充电过程中所述待测锂离子电池出现析锂。2.如权利要求1所述锂离子电池析锂的无损检测方法，其特征在于：所述充电过程为恒流充电过程。3.如权利要求1所述锂离子电池析锂的无损检测方法，其特征在于：所述充电至设定状态为充电至设定电压值或充电至设定SOC值。4.如权利要求1所述锂离子电池析锂的无损检测方法，其特征在于：所述充电过程、所述电化学激励过程、所述分析过程的温度相同，且均为恒温条件。5.如权利要求4所述锂离子电池析锂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹志颖，高红，李维，张青勇，夏进阳，王会锋，陈辉，宋华杰，
申请(专利权)人：深圳市比克动力电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44