给二次电池充电的方法技术

技术编号:21440202 阅读:23 留言:0更新日期:2019-06-22 14:57
提供了一种给二次电池充电的方法,其中具有按照预设C‑速率的充电区段,并且在每个充电区段中执行恒流‑恒压(CC‑CV)充电,其中充电区段包括:第一充电区段,在所述第一充电区段中,提供第一C‑速率(C1)执行CC‑充电,直到二次电池的电压达到第一充电截止电压(V1)为止,并且如果达到第一充电截止电压(V1),则在充电C‑速率逐渐减小的同时执行CV‑充电;第二充电区段,在所述第二充电区段中,提供第二C‑速率(C2)执行CC‑充电,直到二次电池的电压达到第二充电截止电压(V2)为止,并且如果达到第二充电截止电压(V2),则在充电C‑速率逐渐减小的同时执行CV‑充电;和第三充电区段,在所述第三充电区段中,提供第三C‑速率(C3)执行CC‑充电,直到二次电池的电压达到第三充电截止电压(V3)为止,并且如果达到第三充电截止电压(V3),则在充电C‑速率逐渐减小的同时执行CV‑充电,其中充电截止电压满足V1=n‑(0.25~0.15),V2=n‑(0.2~0.1),V3=n(在此,“n”是所述二次电池充满电时的电位),V1

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】给二次电池充电的方法
本专利技术涉及一种给二次电池充电的方法,尤其涉及一种以特定速率执行三次CC-CV充电的给二次电池充电的方法。
技术介绍
随着诸如便携式终端、移动电话和相机之类的移动装置的技术发展和对这些移动装置的需求增加,对作为能源的二次电池的需求迅速增加。在这些二次电池之中,具有高能量密度和高工作电位、长循环寿命和低自放电速率的锂离子电池已被商业化并被广泛使用。这种二次电池在放电之后可再充电并连续使用。结果,根据充电/放电状态,性能是不同的,因而已经努力通过改进充电方法来改善二次电池的性能。图1是示出通常用作给二次电池充电的方法的恒流模式(constantcurrentmode)-恒压模式(constantvoltagemode)充电方法(下文中,称为CCCV充电方法)的示图。如图1中所示,CC-CV充电方法是这样的方法,即其中以最大电流执行充电直到达到恒定电池电压为止,并且当达到恒定电池电压时,在逐渐减小充电电流的同时执行充电。然而,如上所述,在以低于0.5C速率或更低的恒流充电中,恒流充电区段保持恒定电流约1个小时,使得恒压充电区段(第2步)相对较长,由于通过感测时间或电流来控制充电的结束,所以在常规的CC-CV充电方法中C-速率和时间彼此成正比。在使用如上所述的常规方法充电的情况下,充电100分钟时充电率为约85%或更低,而为了充电至少90%或更高需要超过130分钟。因此,给电池充电花费很长时间。因此,已经研究了与常规充电方法相比能够更精确充满电并且能够以更快的充电速度充电的充电方法。具体地说,为了提高常规充电方法中的充电速度,将CC充电区段中的C-速率设为较大。然而,在这种情况下,由于负极的过电位(overpotential),锂枝晶等的形成导致在超出特定充电状态的快速充电方面存在限制,二次电池产生的热量增加,并且电池的劣化进展迅速,由此导致电池性能的快速劣化。特别是,石墨类负极通过独特的锂插入机制进行充电。当负极电位通过以不考虑负极之间的电阻差异的方式进行的CC充电降低到特定电位以下时,形成锂枝晶。为了解决这种问题,韩国专利待审公开第2015-0133587号和第10-1494156号采取了其中在充电时C-速率(C-rate)特性进行阶梯式变化的配置,由此增加每单位小时的充电量。然而,这些文献中公开的方法全都不同,应用效果也彼此非常不同。特别是,在应用石墨的二次电池中,尽管如上所述进行阶梯状充电,由于电阻按区段来说是不同的,所以存在其中负极充电电位的平坦度仍旧较低并且充电时电位降低到形成锂枝晶的负极的电位的区段。如此,在循环进展期间仍存在每一循环的劣化速率的差异,由此影响寿命特性。因此,需要一种能够在将负极的过电压最小化的同时在短时间段内充电的改进的充电方法,由此提高充电期间负极充电电位的平坦度并降低电池的劣化速率。
技术实现思路
技术问题因此,提出本专利技术以解决现有技术的上述技术问题和过去所需的技术问题。本申请的专利技术人进行了深入研究和各种实验,并且发现,在阶梯式充电方法中,当每个区段的充电C-速率满足特定比率并且适当选择每个区段的截止电压以对电池充电时,与用于满足目标充电时间的一步(step)CC-CV充电方法相比或者与常规的逐步充电方法相比,可有效防止电池的劣化,并由此完成了本专利技术。技术方案因此,按照根据本专利技术的二次电池的充电方法,具有按照预设C-速率的充电区段,并且在每个充电区段中执行恒流-恒压(CC-CV)充电,其中充电区段包括:第一充电区段,在所述第一充电区段中,提供第一C-速率(C1)执行CC-充电,直到所述二次电池的电压达到第一充电截止电压(V1)为止,并且如果达到所述第一充电截止电压(V1),则在充电C-速率逐渐减小的同时执行CV-充电;第二充电区段,在所述第二充电区段中,提供第二C-速率(C2)执行CC-充电,直到所述二次电池的电压达到第二充电截止电压(V2)为止,并且如果达到所述第二充电截止电压(V2),则在充电C-速率逐渐减小的同时执行CV-充电;和第三充电区段,在所述第三充电区段中,提供第三C-速率(C3)执行CC-充电,直到所述二次电池的电压达到第三充电截止电压(V3)为止,并且如果达到所述第三充电截止电压(V3),则在充电C-速率逐渐减小的同时执行CV-充电,充电截止电压满足V1=n-(0.25~0.15),V2=n-(0.2~0.1),V3=n(在此,“n”是所述二次电池充满电时的电位),V1<V2<3,并且其中所述第一C-速率(C1):所述第二C-速率(C2):所述第三C-速率(C3)的比率满足下面的条件(1):C1:C2;C3=3.8~4.2:2.8~3.2:0.8~1.2(1)。在此,C-速率(rate)(Currentrate)是在电池充电/放电时用于在各种条件下设定电流并且预测或表示电池的使用寿命的单位,其是通过对充电电流或放电电流除以电池的额定容量计算充电/放电电流来获得的。C-速率的单位是C,其可如下面的等式3定义。C-速率(C-rate:C)=充电/放电电流/电池的额定容量(3)如上所述,用作常规的二次电池的充电方法的CC-CV方法具有下述问题:当施加高电流以提高充电速度时,促进了电池的劣化,当降低充电速度时,充电量下降。此外,当使用通过逐渐改变充电C-速率执行CC充电的充电方法时,自初始时段起电位达到锂枝晶生长电位,或者由于达到锂枝晶生长电位的速度根据循环而不同,所以电池中的劣化速度不一致,因而寿命特性劣化。这样,根据本专利技术的充电方法在采用逐步CC-CV充电方法时将按照区段的C-速率保持为一致并据此设定适当的截止电压,由此具有高水平的负极电位平坦度,其中在充电过程中在负极电位平坦区段中负极电位的最大值与最小值之间的差在0.1V以内,由此随着循环进行而将达到锂枝晶生长电位的速度保持恒定并且显著提高寿命特性。在此,随着充电进行,如图2中示出了按照C-速率的负极电位,在某一时刻来到斜率迅速变化的区段A。此时,区段A之后的区段是负极电位平坦区段。此外,根据本专利技术,由于在二次电池的单次充电期间负极的电位具有非常高的平坦度,所以在所有区段中电位不会达到锂枝晶生长电位,因而初始充电容量效率非常高。另外,在第一充电区段、第二充电区段和第三充电区段的CV-充电时C-速率逐渐减小,此时,在每个区段C-速率减小的下限值是下一充电区段中设定的C-速率。就是说,在每个充电区段达到充电截止电压的C-速率可逐渐减小至下一充电区段的预设C-速率。在此,“逐渐”是指变化具有连续的斜率。当用每一区段设定的C-速率执行充电时,电压增加并且能够通过预设C-速率连续提供电流的上限电压是充电截止电压。当与C-速率相比每一区段的这种截止电压设为过低时,以高C-速率的充电时间变得过短,因而不能实现理想水平的充电时间缩短效果,当每一区段的截止电压设为过高时,以高C-速率充电继续,因而负极的电位快速达到锂还原电位并且在负极的表面上生长锂枝晶,由此产生突然短路的猝死(suddendeath)。因此,每个区段的C-速率和截止电压彼此紧密相关。在反复实验之后,本申请的专利技术人发现,当如上设定每个区段的C-速率比率及其充电截止电压时,显示出最高水平的负极电位平坦度和最佳的循环特性。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种给二次电池充电的方法,其中具有按照预设C‑速率的充电区段,并且在每个充电区段中执行恒流‑恒压(CC‑CV)充电,其中充电区段包括:第一充电区段,在所述第一充电区段中,提供第一C‑速率(C1)执行CC‑充电,直到所述二次电池的电压达到第一充电截止电压(V1)为止,并且如果达到所述第一充电截止电压(V1),则在充电C‑速率逐渐减小的同时执行CV‑充电;第二充电区段,在所述第二充电区段中,提供第二C‑速率(C2)执行CC‑充电,直到所述二次电池的电压达到第二充电截止电压(V2)为止,并且如果达到所述第二充电截止电压(V2),则在充电C‑速率逐渐减小的同时执行CV‑充电;和第三充电区段,在所述第三充电区段中,提供第三C‑速率(C3)执行CC‑充电,直到所述二次电池的电压达到第三充电截止电压(V3)为止,并且如果达到所述第三充电截止电压(V3),则在充电C‑速率逐渐减小的同时执行CV‑充电,其中充电截止电压满足V1=n‑(0.25~0.15),V2=n‑(0.2~0.1),V3=n(在此,“n”是所述二次电池充满电时的电位),V1<V2<V3,并且其中所述第一C‑速率(C1):所述第二C‑速率(C2):所述第三C‑速率(C3)的比率满足下面的条件(1):C1:C2;C3=3.8~4.2:2.8~3.2:0.8~1.2    (1)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.10 KR 10-2017-00303141.一种给二次电池充电的方法,其中具有按照预设C-速率的充电区段,并且在每个充电区段中执行恒流-恒压(CC-CV)充电,其中充电区段包括:第一充电区段,在所述第一充电区段中,提供第一C-速率(C1)执行CC-充电,直到所述二次电池的电压达到第一充电截止电压(V1)为止,并且如果达到所述第一充电截止电压(V1),则在充电C-速率逐渐减小的同时执行CV-充电;第二充电区段,在所述第二充电区段中,提供第二C-速率(C2)执行CC-充电,直到所述二次电池的电压达到第二充电截止电压(V2)为止,并且如果达到所述第二充电截止电压(V2),则在充电C-速率逐渐减小的同时执行CV-充电;和第三充电区段,在所述第三充电区段中,提供第三C-速率(C3)执行CC-充电,直到所述二次电池的电压达到第三充电截止电压(V3)为止,并且如果达到所述第三充电截止电压(V3),则在充电C-速率逐渐减小的同时执行CV-充电,其中充电截止电压满足V1=n-(0.25~0.15),V2=n-(0.2~0.1),V3=n(在此,“n”是所述二次电池充满电时的电位),V1<V2<V3,并且其中所述第一C-速率(C1):所述第二C-速率(C2):所述第三C-速率(C3)的比率满足下面的条件(1):C1:C2;C3=3.8~4.2:2....

【专利技术属性】
技术研发人员:宋俊赫李柱成
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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