一种基于三电极锂离子电池分析容量衰减的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三电极锂离子电池分析容量衰减的方法，其可以对锂离子电池进行无损检测，在不拆解电池的情况下，通过分析循环老化中不同循环次数下的放电电压曲线V‑Q图和电压微分曲线dV/dQ‑Q图，判断锂离子电池容量衰减的原因，进而可以提出电池失效的根本原因，并为今后电池的性能改进提供依据和方向。

A Method for Analyzing Capacity Attenuation of Three-Electrode Lithium-Ion Batteries

【技术实现步骤摘要】
一种基于三电极锂离子电池分析容量衰减的方法
本专利技术涉及锂离子电池
，特别是涉及了一种基于三电极锂离子电池分析容量衰减的方法。
技术介绍
环境污染和能源枯竭是人类面临的两大问题。为了应对环境和能源的双重压力，近年来，世界上多数国家都将发展电动汽车作为节能减排的重要途径。动力电池是电动汽车的核心部件之一，动力电池的性能指标直接影响电动汽车的整体性能。为了保证电动汽车的行驶及安全性能，当电动汽车行驶到一定的里程路数之后，便要更换退役锂电池。通常在电池行业内，以电池容量作为评价电池是否退役的指标。然而，锂离子电池在使用阶段会出现容量持续衰减问题。所以，研究分析锂离子电池容量衰减的机理非常重要。锂离子电池的容量衰减可能由于电池正极活性材料的损失，电池负极活性材料的损失，或者电池可用锂离子的损失等原因所导致的。不同正负极材料的电池、不同的循环工况以及不同的环境条件，导致电池的容量的衰减的机理也不相同。对于电池容量衰减机理的研究，往往需要将电池拆解，利用XRD（X-RayDiffraction，X射线衍射），SEM（ScanningElectronMicroscope，扫描电子显微镜）等方法，分析电池的正负极的变化情况，从而判断得到电池的衰减机理。但是对于实际电动车上的电池来讲，这样损坏电池的方法是完全不可行的。
技术实现思路
为了弥补已有技术的缺陷，本专利技术提供一种基于三电极锂离子电池分析容量衰减的方法。本专利技术所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：一种基于三电极锂离子电池分析容量衰减的方法，包括如下步骤：S1.提供三电极锂离子电池；S2.对所述三电极锂离子电池进行循环老化测试，在所述循环老化测试过程中，间隔一定循环次数，对所述三电极锂离子电池进行不同循环次数下的电池容量测试；其中，所述电池容量测试包括：a.恒流充电至设定充电截止电压；b.恒压充电至设定电流；c.静置后进行恒流放电；e.在电池容量测试过程中，以预设频率采集放电过程中三电极锂离子电池的电池容量Q数据和电压V数据，其中所述电压V数据包括全电池电压VF数据、正极电压VP数据和负极电压VN数据；S3.在三电极锂离子电池循环老化至到规定的电池寿命截止条件后，停止循环老化测试；S4.在同一坐标系中绘制不同循环次数下的放电电压曲线V-Q图，所述放电电压曲线V-Q图包括全电池电压曲线VF-Q、正极电压曲线VP-Q和负极电压曲线VN-Q；S5.根据所述放电电压曲线V-Q图，分析锂离子电池容量衰减的原因。进一步地，根据所述放电电压曲线V-Q图，分析锂离子电池容量衰减的原因具体包括：如果全电池电压曲线VF-Q图中，在放电末期以正极电压截止，判断所述锂离子电池容量衰减的主要原因为锂离子电池内部正极活性材料损失；如果全电池电压曲线VF-Q图中，在放电末期以负极电压截止，判断所述锂离子电池容量衰减的主要原因为锂离子电池内部负极活性材料损失或者电池可用锂离子损失；其中，正极电压曲线VP-Q在放电末期若出现明显下降，则判断全电池电压曲线VF-Q图中，在放电末期以正极电压截止，否则，则判断在放电末期以负极电压截止。进一步地，如果全电池电压曲线VF-Q图中，在放电末期以负极电压截止，则还包括：将采集到的电池容量Q数据以及电压V数据进行微分处理，得到dQ与dV；将采集到的电池容量Q数据作为X轴数据，dV/dQ的比值作为Y轴数据，使用高斯滤波数据处理方法对dV/dQ的比值进行滤波处理后，得到电压微分曲线dV/dQ-Q图；其中，所述电压微分曲线dV/dQ-Q图包括全电池电压微分曲线dVF/dQ-Q、正极电压微分曲线dVP/dQ-Q和负极电压微分曲线dVN/dQ-Q；将不同循环次数下的电池容量测试中得到的负极电压微分曲线dVN/dQ-Q在同一坐标系中右对齐，分析锂离子电池容量衰减的原因；如果各负极电压微分曲的右半部分基本重合，则判断所述锂离子电池容量衰减的主要原因为锂离子电池可用锂离子损失，否则判断所述锂离子电池容量衰减的主要原因为锂离子电池内部负极活性材料损失。进一步地，所述电池容量测试包含以下步骤：a.在25℃±2℃的恒温环境下，以单位电流I恒流充电至充电截止电压V1；b.以恒压V1对三电极锂离子电池进行恒压充电，直至电流降至0.05I截止，充电结束后静置60min；c.以单位电流I恒流放电至放电截止电压V2，放电结束后静置60min；d.计算放电容量；e.重复步骤a~d，当连续三次试验结果的极差小于额定值的3%，提前结束试验，取最后三次结果平均值；f.在电池容量测试过程中，以预设频率采集放电过程中三电极锂离子电池的电池容量Q数据和电压V数据，其中所述电压V数据包括全电池电压VF数据、正极电压VP数据和负极电压VN数据。进一步地，所述单位电流I为0.2C，充电截止电压V1为4.2V；所述预设频率为10s-30s。进一步地，循环老化测试为高温加速循环实验，具体为：（1）在45℃±2℃的恒温环境下，对三电极锂离子电池在恒电流0.5C下恒流充电到4.2V，然后利用进行恒压充电，直到三电极锂离子电池的电流下降到0.01Cn；（2）静置1小时后，在恒电流1C下进行恒流放电，直到电压降为2.75V，静置1小时；（3）计算放电容量；（4）重复步骤（1）-步骤（3）进行循环。进一步地，所述循环老化测试为高倍率充放电循环。进一步地，步骤S3中三电极锂离子电池循环老化至放电容量相对初始放电容量的保持率下降到80%，停止循环老化测试。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供一种基于三电极锂离子电池分析容量衰减的方法，其可以对锂离子电池进行无损检测，在不拆解电池的情况下，通过分析循环老化中不同循环次数下的放电电压曲线V-Q图和电压微分曲线dV/dQ-Q图，判断锂离子电池容量衰减的原因，进而可以提出电池失效的根本原因，并为今后电池的性能改进提供依据和方向。附图说明图1是本专利技术一个实施例的不同循环次数下的放电电压曲线V-Q图；图2是本专利技术一个实施例的某个循环次数下的电压微分曲线dV/dQ-Q图；图3是本专利技术一个实施例的不同循环次数下的电压微分曲线dVN/dQ-Q图。具体实施方式一种基于三电极锂离子电池分析容量衰减的方法，包括如下步骤：S1.提供三电极锂离子电池；本专利技术中，对三电极锂离子电池的结构不作具体限定，其为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。作为举例，所述三电极锂离子电池可以为CN204130649U公开了一种三电极电池，包括上盖、与上盖扣合的下盖，以及设置在上盖、下盖内的正极片、负极片、隔离膜、电解液，参比电极，其中参比电极为预制镀锂层的微米金属铂丝或铜丝；所述三电极锂离子电池也可以为CN202949008U公开的一种锂离子电池的三电极装置，其正极、负极的长度、宽度均为1～3cm；参比电极为金属锂片，直径为10～20mm，厚度为0.2cm；正极、负极和参比电极的极耳分别从壳体的不同侧面引出。可以理解，本专利技术的三电极锂离子电池包括但不限于前面所列举的几种结构，也可以是其他未列举在本实施例中的但被本领域技术人员所熟知的其他结构。S2.对所述三电极锂离子电池进行循环老化测试，在所述循环老化测试过程中，间隔一定循环次数，对所述三电极锂离子电池进行不同循环次数下的电池容量测试。其中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三电极锂离子电池分析容量衰减的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.提供三电极锂离子电池；S2.对所述三电极锂离子电池进行循环老化测试，在所述循环老化测试过程中，间隔一定循环次数，对所述三电极锂离子电池进行不同循环次数下的电池容量测试；其中，所述电池容量测试包括：a.恒流充电至设定充电截止电压；b.恒压充电至设定电流；c.静置后进行恒流放电；e. 在电池容量测试过程中，以预设频率采集放电过程中三电极锂离子电池的电池容量Q数据和电压V数据，其中所述电压V数据包括全电池电压VF数据、正极电压VP数据和负极电压VN数据；S3.在三电极锂离子电池循环老化至到规定的电池寿命截止条件后，停止循环老化测试；S4.在同一坐标系中绘制不同循环次数下的放电电压曲线V‑Q图，所述放电电压曲线V‑Q图包括全电池电压曲线VF‑Q、正极电压曲线VP‑Q和负极电压曲线VN‑Q；S5.根据所述放电电压曲线V‑Q图，分析锂离子电池容量衰减的原因。

【技术特征摘要】
1.一种基于三电极锂离子电池分析容量衰减的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.提供三电极锂离子电池；S2.对所述三电极锂离子电池进行循环老化测试，在所述循环老化测试过程中，间隔一定循环次数，对所述三电极锂离子电池进行不同循环次数下的电池容量测试；其中，所述电池容量测试包括：a.恒流充电至设定充电截止电压；b.恒压充电至设定电流；c.静置后进行恒流放电；e.在电池容量测试过程中，以预设频率采集放电过程中三电极锂离子电池的电池容量Q数据和电压V数据，其中所述电压V数据包括全电池电压VF数据、正极电压VP数据和负极电压VN数据；S3.在三电极锂离子电池循环老化至到规定的电池寿命截止条件后，停止循环老化测试；S4.在同一坐标系中绘制不同循环次数下的放电电压曲线V-Q图，所述放电电压曲线V-Q图包括全电池电压曲线VF-Q、正极电压曲线VP-Q和负极电压曲线VN-Q；S5.根据所述放电电压曲线V-Q图，分析锂离子电池容量衰减的原因。2.如权利要求1所述的基于三电极锂离子电池分析容量衰减的方法，其特征在于，根据所述放电电压曲线V-Q图，分析锂离子电池容量衰减的原因具体包括：如果全电池电压曲线VF-Q图中，在放电末期以正极电压截止，判断所述锂离子电池容量衰减的主要原因为锂离子电池内部正极活性材料损失；如果全电池电压曲线VF-Q图中，在放电末期以负极电压截止，判断所述锂离子电池容量衰减的主要原因为锂离子电池内部负极活性材料损失或者电池可用锂离子损失；其中，正极电压曲线VP-Q在放电末期若出现明显下降，则判断全电池电压曲线VF-Q图中，在放电末期以正极电压截止，否则，则判断在放电末期以负极电压截止。3.如权利要求2所述的基于三电极锂离子电池分析容量衰减的方法，其特征在于，如果全电池电压曲线VF-Q图中，在放电末期以负极电压截止，则还包括：将采集到的电池容量Q数据以及电压V数据进行微分处理，得到dQ与dV；将采集到的电池容量Q数据作为X轴数据，dV/dQ的比值作为Y轴数据，使用高斯滤波数据处理方法对dV/dQ的比值进行滤波处理后，得到电压微分曲线dV/dQ-Q图；其中，所述电压微分曲线dV/dQ-Q图包括全电池电压微分曲线dVF/dQ-Q、正极电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海将，宋正菊，裴大钊，苗露，高燕，农艺坚，
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