一种评估锂离子电池中锂离子扩散的测试方法技术

本发明专利技术涉及一种评估锂离子电池中锂离子扩散的测试方法。本发明专利技术所述测试方法，将陈化好的锂离子电池，以微小电流充入一定的电量，采用电压测试仪器，测试不同搁置时间的开路电位，根据开路电位的下降速率来评估电芯中锂离子扩散的性能。本发明专利技术测试方法简单，测量值准确，可以很好的评估锂离子电池的锂离子扩散性能。

A test method for evaluating lithium ion diffusion in lithium ion batteries

The invention relates to a test method for evaluating lithium ion diffusion in lithium ion batteries. The test method of the present invention is that the aged lithium-ion battery is charged with a certain amount of electricity by a small current, and the open-circuit potential of different shelving time is tested by a voltage test instrument. The performance of lithium-ion diffusion in the battery is evaluated according to the drop rate of the open-circuit potential. The test method is simple, the measurement value is accurate, and the lithium ion diffusion performance of the lithium ion battery can be well evaluated.

【技术实现步骤摘要】
一种评估锂离子电池中锂离子扩散的测试方法
本专利技术涉及一种评估锂离子电池中锂离子扩散的测试方法。
技术介绍
锂离子电池中锂离子扩散的性能对电芯的倍率性能等有着重要的影响，对于研究电芯的快充性能有着重要的指导意义。电芯的开路电位为正极接近铝箔处的电势减去负极接近铜箔处的电势，即U正–U负。锂离子Li+的浓度差产生菲克第二扩散而影响正极极耳和负极极耳处的电势产生电压变化。目前的主流电芯中的三元材料NCM正极材料的Li+扩散系数1.0*10-13m2·s-1，石墨中的Li+扩散系数3.9*10-14m2·s-1，且正极材料的粒径会小于负极材料石墨的粒径，则扩散的控制步骤为锂离子在负极材料石墨中的扩散。根据能斯特方程：E=Eθ+ln()c(0,t)表示石墨颗粒表面的锂的浓度，K为常数，代表表层石墨中能够嵌入锂离子的位置的总的摩尔浓度，即满电时石墨中锂离子的浓度。当充电量为0~5%的电量时，SOC-n时，n≤5则表明K>>c(0,t)，上述公式转化为：E=Eθ+ln()表明，负极石墨表面的锂离子浓度影响开路电位的电压。在测试过程中使用的材料粒径如下：正极材料D5010.2μm，负极石墨D5018.3μm。石墨中的扩散系数3.9*10-14m2·s-1，测试时间100h，4，表明扩散为非无限扩散。即该扩散属于半有限非稳态扩散，根据菲克扩散第二定律：=D，t：0→∞；x：0→r，初始条件t=0时，表面起始浓度c(0,t)=K，石墨最远端浓度c(,t)=0E=Eθ+ln()=Eθ+ln()，当t=时，锂离子在石墨中扩散均匀，即c(0,t)=c(,t)=，E=Eθ+ln()=Eθ+ln()，实际上，固溶体中溶质原子的扩散系数D是随浓度变化的，为了使求解扩散方程简便些，往往近似地把D看作恒量处理。根据如上函数及边界条件可知，起始电压和终止电压与电芯的SOC相关。电压下降的速度与电芯中锂离子的扩散性能相关，以电芯下降的速度即可评估电芯的锂离子的扩散性能，继而评估倍率性能。
技术实现思路
本专利技术所述的测试方法步骤：a.取陈化未充电的电芯；b.将其以微小的电流给电芯充入1%设计容量；c.将电芯进行搁置陈化，在不同的搁置时间段，测试其开路电位U；d.当开路电位变化较小时，将数据整合，做成时间和斜率的曲线。本专利技术所述测试方法的特征步骤在于：步骤a中，陈化完且未充电的电芯；步骤b中，微小的电流范围为锂离子电池设计容量的5%~10%的电流；步骤c中，恒定温度下，测试电芯的开路电位；步骤d中，随时间t，开路电位U的变化曲线。本测试方法的优点主要有：测量装置简单，测试方法简单，且对电芯无损坏；可进行重复验证，具有较高的可重复性。附图说明图1为两种18650电芯产品（3.0Ah和2.6Ah）的开路电位随时间变化的曲线，并附有曲线对数拟合。具体实施方式本专利技术提供了一种锂离子电池的锂离子扩散性能的评估方法。本例中是两种不同容量产品的18650电芯，其容量分别为3.0Ah和2.6Ah。对上述电芯进行测试，包含如下步骤：(1)取生产电芯：要求电芯陈化完成，即电芯中电解液充分浸润，且未充入电量；(2)电芯充电：以0.1C的电流充入6分钟，即充电量为设计容量的1%；(3)测量电压：将上述电芯取下，测量开路电位，并记录数值；(4)处理数据：将上述记录数据，以时间t为横坐标，电压U为纵坐标做图，并用对数曲线拟合。根据上述测试结果及曲线拟合函数可知，2.6Ah的电压下降速度优于3.0Ah的电压下降速度，则表明2.6Ah的锂离子扩散性能更优秀。为了验证该评估方法的有效性，将上述电芯以不同的倍率进行充电，得到相关的恒流充入比，测试结果见表1。根据该2.6Ah和3.0Ah的不同倍率的恒流充入比可知，2.6Ah这款产品的倍率性能优于3.0Ah。上述测试结果与电芯实际情况表1相符。表明该测试方法有效。以上所述，仅是本专利技术测试方法的优选实施例而已，并非对本测试方法的所选对象的形状和结果做任何形式上的限制。凡是依据本测试方法对上述实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本测试方法的技术范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种评估锂离子电池中锂离子扩散的测试方法，其特征在于：将陈化好的锂离子电池，以微小电流充入一定的电量，采用电压测试仪器，测试不同搁置时间的开路电位，根据开路电位的下降速率来评估电芯中锂离子扩散的性能。

【技术特征摘要】
1.一种评估锂离子电池中锂离子扩散的测试方法，其特征在于：将陈化好的锂离子电池，以微小电流充入一定的电量，采用电压测试仪器，测试不同搁置时间的开路电位，根据开路电位的下降速率来评估电芯中锂离子扩散的性能。2.如权利要求1所述的评估锂离子电池中锂离子扩散的测试方法，其特征在于：陈化好...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈述林，曹兵，王珍珍，郭密，
申请(专利权)人：东莞市振华新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44