一种锂离子电池容量衰减的无损分析方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池容量衰减的无损分析方法，包括步骤：步骤S1，对新鲜电池进行初始析锂阈值的检测：对发生容量衰减的电池进行预设初始析锂阈值充电测试判断操作；步骤S2，对发生容量衰减的电池进行析锂阈值的动态检测；步骤S3，基于析锂阈值，动态分析电池发生容量衰减的主要因素：将发生容量衰减的电池的动态析锂阈值与新鲜电池的初始析锂阈值进行对比，根据预设判断规则，判断获得电池发生容量衰减的主要因素。本发明专利技术公开的一种锂离子电池容量衰减的无损分析方法，其无需拆解电池，主要通过对电池在容量衰减前后析锂阈值的对比，来分析电池发生容量衰减的主要因素，从而为电池性能改进提供依据和方向。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池容量衰减的无损分析方法
本专利技术涉及锂离子电池的性能检测分析
，特别是涉及一种锂离子电池容量衰减的无损分析方法。
技术介绍
锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、绿色无污染等显著优势，已被广泛应用于手机、笔记本、储能元器件以及电动汽车领域。目前，各个应用领域均对电池使用寿命提出更高的要求，因此需要对锂离子电池容量衰减的原因进行分析，判断导致电池衰减的主要因素，从而为电池的性能提升提供改善的依据和方向。目前研究认为，锂离子电池容量衰减的主要原因包括：正极材料的衰减、负极材料的衰减和活性锂离子的损失。而在进行衰减原因分析时，一般采用将容量衰减后的电池进行拆解，并将其正负极材料分别制作成扣式电池进行克容量测试，通过与新鲜电池（即未发生容量衰减的电池）中正负极材料的克容量进行对比，然后把其中衰减较快的材料定为电池容量衰减的主要因素。以上分析方法是破坏性的分析方法，只能通过对完成阶段性测试的电池在拆解后再进行衰减原因的分析，而不适用于电池产品的在线检测。而电池在不同的环境及工况条件下，导致其发生容量衰减的机理也不相同。因此，目前迫切需要开发一种技术，能够无需拆解电池，无损地在线检测分析锂离子电池容量衰减的原因。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种锂离子电池容量衰减的无损分析方法。为此，本专利技术提供了一种锂离子电池容量衰减的无损分析方法，其包括以下步骤：步骤S1，对新鲜电池进行初始析锂阈值的检测：以预设多个不同大小的充电电流I，按照从小到大的顺序，分别依次对同一只新鲜电池进行预设初始析锂阈值充电测试判断操作，该预设初始析锂阈值充电测试判断操作用于判断新鲜电池是否开始发生析锂；其中，新鲜电池为未发生容量衰减的电池；当其中一个电流对应的预设初始析锂阈值充电测试判断操作的判断结果为电池开始发生析锂时，将该电流作为新鲜电池开始发生析锂的阈值电流Ilim0，并测量获得该电流下新鲜电池开始发生析锂的阈值电压Vlim0；步骤S2，对发生容量衰减的电池进行析锂阈值的动态检测：以步骤S1获得的新鲜电池开始发生析锂的阈值电流Ilim0，对发生容量衰减的电池执行预设动态析锂阈值充电测试判断操作，该预设动态析锂阈值充电测试判断操作用于判断发生容量衰减的电池是否开始发生析锂；其中，发生容量衰减的电池，与步骤S1中的新鲜电池，为同一批次、相同型号的电池；当预设动态析锂阈值充电测试判断操作的判断结果为发生容量衰减的电池开始发生析锂时，将该电流作为发生容量衰减的电池开始发生析锂的阈值电流Ilimm，并测量获得该电流下发生容量衰减的电池开始发生析锂的阈值电压Vlimm；步骤S3，基于析锂阈值，动态分析电池发生容量衰减的主要因素：将发生容量衰减的电池的动态析锂阈值与新鲜电池的初始析锂阈值进行对比，根据预设判断规则，判断获得电池发生容量衰减的主要因素；其中，发生容量衰减的电池的动态析锂阈值包括：发生容量衰减的电池开始发生析锂的阈值电压Vlimm，以及发生容量衰减的电池开始发生析锂的阈值电流Ilimm；其中，新鲜电池的初始析锂阈值包括：新鲜电池开始发生析锂的阈值电流Ilim0，以及新鲜电池开始发生析锂的阈值电压Vlim0。优选地，在步骤S1中，预设初始析锂阈值充电测试判断操作，具体包括以下步骤：步骤S11，以一个充电电流I，对电池进行恒流充电，并且在恒流充电过程中，每间隔一段固定时间或每间隔一个固定大小的电压值，即立刻进入一个停止充电休眠阶段，直至电池充电至设定的截止电压；其中，在每个停止充电休眠阶段，实时采集新鲜电池在刚开始停止充电时的起始电压Vs，并在休眠预设时长后，实时采集新鲜电池在休眠结束时的结束电压Vr，然后根据预设计算公式，计算获得新鲜电池以充电电流I恒流充电时，在每个停止充电休眠阶段刚开始停止充电时的起始直流电阻Rs；步骤S12，以新鲜电池在每个停止充电休眠阶段的起始电压Vs为横坐标，以对应测得的新鲜电池在每个停止充电休眠阶段的起始直流电阻Rs为纵坐标，绘制获得新鲜电池以正常充电电流I进行恒流充电过程中的电阻-电压曲线，定义为第一电阻-电压曲线；步骤S13，以预设大小的小倍率电流I’，对参比电池进行恒流充电，并且在恒流充电过程中，每间隔一段固定时间或每间隔一个固定大小的电压值，即立刻进入一个停止充电休眠阶段，直至参比电池充电至设定的截止电压；然后，以参比电池在每个停止充电休眠阶段的起始电压Vs’为横坐标，以对应测得的参比电池在每个停止充电休眠阶段的起始直流电阻Rs’为纵坐标，绘制获得参比电池以小倍率电流I’进行恒流充电过程中的电阻-电压曲线，定义为第二电阻-电压曲线；其中，参比电池，为新鲜电池，或者为与新鲜电池同一批次、同一型号的其他一个电池；其中，在每个停止充电休眠阶段，实时采集参比电池在刚开始停止充电时的起始电压Vs’，并在休眠预设时长后，实时采集参比电池在休眠结束时的结束电压Vr’，然后根据预设计算公式，计算获得参比电池以预设大小的小倍率电流I’恒流充电时，在每个停止充电休眠阶段刚开始停止充电时的起始直流电阻Rs’；步骤S14，将第二电阻-电压曲线作为参比曲线，与第一电阻-电压曲线，两者进行对比；当第一电阻-电压曲线在随电压升高过程中出现与参比曲线趋势不同的第1个直流电阻数值下降的拐点时，即表示新鲜电池开始发生析锂，读取此时第一电阻-电压曲线中对应的电池电压Vlim0，即为新鲜电池在以充电电流I进行恒流充电时，开始发生析锂的阈值电压。优选地，在步骤S11中，对于每间隔一段固定时间，该段固定时间的长度T的计算公式如下：固定时间的时间长度T=Q/I*3600*A%，单位为秒；其中，Q为电池容量，I为充电电流大小；A%的取值范围为0.02%~5%。优选地，在步骤S11中，固定大小的电压值，设定的取值范围为1mV-100mV；在步骤S11中，每个停止充电休眠阶段的时长，取值范围为0.01s~50s。优选地，在步骤S11中，预设计算公式如下：新鲜电池以充电电流I恒流充电时，在每个停止充电休眠阶段刚开始停止充电时的起始直流电阻Rs=（Vs-Vr）/I；在步骤S13中，预设计算公式如下：参比电池以预设大小的小倍率电流I’恒流充电时，在每个停止充电休眠阶段刚开始停止充电时的起始直流电阻Rs’=（Vs’-Vr’）/I’。优选地，步骤S2具体包括以下步骤：步骤S21，以新鲜电池开始发生析锂的阈值电流Ilim0，对发生容量衰减的电池进行恒流充电，并且在恒流充电过程中，每间隔一段固定时间或每间隔一个固定大小的电压值，即立刻进入一个停止充电休眠阶段，直至电池充电至设定的截止电压；其中，在每个停止充电休眠阶段，实时采集发生容量衰减的电池在刚开始停止充电时的起始电压Vs，并在休眠预设时长后，实时采集发生容量衰减的电池在休眠结束时的结束电压Vr1，然后根据预设计算公式，计算获得发生容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池容量衰减的无损分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1，对新鲜电池进行初始析锂阈值的检测：以预设多个不同大小的充电电流I，按照从小到大的顺序，分别依次对同一只新鲜电池进行预设初始析锂阈值充电测试判断操作，该预设初始析锂阈值充电测试判断操作用于判断新鲜电池是否开始发生析锂；/n其中，新鲜电池为未发生容量衰减的电池；/n当其中一个电流对应的预设初始析锂阈值充电测试判断操作的判断结果为电池开始发生析锂时，将该电流作为新鲜电池开始发生析锂的阈值电流I

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池容量衰减的无损分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，对新鲜电池进行初始析锂阈值的检测：以预设多个不同大小的充电电流I，按照从小到大的顺序，分别依次对同一只新鲜电池进行预设初始析锂阈值充电测试判断操作，该预设初始析锂阈值充电测试判断操作用于判断新鲜电池是否开始发生析锂；
其中，新鲜电池为未发生容量衰减的电池；
当其中一个电流对应的预设初始析锂阈值充电测试判断操作的判断结果为电池开始发生析锂时，将该电流作为新鲜电池开始发生析锂的阈值电流Ilim0，并测量获得该电流下新鲜电池开始发生析锂的阈值电压Vlim0；
步骤S2，对发生容量衰减的电池进行析锂阈值的动态检测：以步骤S1获得的新鲜电池开始发生析锂的阈值电流Ilim0，对发生容量衰减的电池执行预设动态析锂阈值充电测试判断操作，该预设动态析锂阈值充电测试判断操作用于判断发生容量衰减的电池是否开始发生析锂；
其中，发生容量衰减的电池，与步骤S1中的新鲜电池，为同一批次、相同型号的电池；
当预设动态析锂阈值充电测试判断操作的判断结果为发生容量衰减的电池开始发生析锂时，将该电流作为发生容量衰减的电池开始发生析锂的阈值电流Ilimm，并测量获得该电流下发生容量衰减的电池开始发生析锂的阈值电压Vlimm；
步骤S3，基于析锂阈值，动态分析电池发生容量衰减的主要因素：将发生容量衰减的电池的动态析锂阈值与新鲜电池的初始析锂阈值进行对比，根据预设判断规则，判断获得电池发生容量衰减的主要因素；
其中，发生容量衰减的电池的动态析锂阈值包括：发生容量衰减的电池开始发生析锂的阈值电压Vlimm，以及发生容量衰减的电池开始发生析锂的阈值电流Ilimm；
其中，新鲜电池的初始析锂阈值包括：新鲜电池开始发生析锂的阈值电流Ilim0，以及新鲜电池开始发生析锂的阈值电压Vlim0。


2.如权利要求1所述的锂离子电池容量衰减的无损分析方法，其特征在于，在步骤S1中，预设初始析锂阈值充电测试判断操作，具体包括以下步骤：
步骤S11，以一个充电电流I，对电池进行恒流充电，并且在恒流充电过程中，每间隔一段固定时间或每间隔一个固定大小的电压值，即立刻进入一个停止充电休眠阶段，直至电池充电至设定的截止电压；
其中，在每个停止充电休眠阶段，实时采集新鲜电池在刚开始停止充电时的起始电压Vs，并在休眠预设时长后，实时采集新鲜电池在休眠结束时的结束电压Vr，然后根据预设计算公式，计算获得新鲜电池以充电电流I恒流充电时，在每个停止充电休眠阶段刚开始停止充电时的起始直流电阻Rs；
步骤S12，以新鲜电池在每个停止充电休眠阶段的起始电压Vs为横坐标，以对应测得的新鲜电池在每个停止充电休眠阶段的起始直流电阻Rs为纵坐标，绘制获得新鲜电池以正常充电电流I进行恒流充电过程中的电阻-电压曲线，定义为第一电阻-电压曲线；
步骤S13，以预设大小的小倍率电流I’，对参比电池进行恒流充电，并且在恒流充电过程中，每间隔一段固定时间或每间隔一个固定大小的电压值，即立刻进入一个停止充电休眠阶段，直至参比电池充电至设定的截止电压；然后，以参比电池在每个停止充电休眠阶段的起始电压Vs’为横坐标，以对应测得的参比电池在每个停止充电休眠阶段的起始直流电阻Rs’为纵坐标，绘制获得参比电池以小倍率电流I’进行恒流充电过程中的电阻-电压曲线，定义为第二电阻-电压曲线；
其中，参比电池，为新鲜电池，或者为与新鲜电池同一批次、同一型号的其他一个电池；
其中，在每个停止充电休眠阶段，实时采集参比电池在刚开始停止充电时的起始电压Vs’，并在休眠预设时长后，实时采集参比电池在休眠结束时的结束电压Vr’，然后根据预设计算公式，计算获得参比电池以预设大小的小倍率电流I’恒流充电时，在每个停止充电休眠阶段刚开始停止充电时的起始直流电阻Rs’；
步骤S14，将第二电阻-电压曲线作为参比曲线，与第一电阻-电压曲线，两者进行对比；当第一电阻-电压曲线在随电压升高过程中出现与参比曲线趋势不同的第1个直流电阻数值下降的拐点时，即表示新鲜电池开始发生析锂，读取此时第一电阻-电压曲线中对应的电池电压Vlim0，即为新鲜电池在以充电电流I进行恒流充电时，开始发生析锂的阈值电压。


3.如权利要求1所述的锂离子电池容量衰减的无损分析方法，其特征在于，在步骤S11中，对于每间隔一段固定时间，该段固定时间的长度T的计算公式如下：
固定时间的时间长度T=Q/I*3600*A%，单位为秒；
其中，Q为电池容量，I为充电电流大小；A%的取值范围为0.02%~5%。


4.如权利要求1所述的锂离子电池容量衰减的无损分析方法，其特征在于，在步骤S11中，固定大小的电压值，设定的取值范围为1mV-100mV；
在步骤S11中，每个停止充电休眠阶段的时长，取值范围为0.01s~50s。


5.如权利要求1所述的锂离子电池容量衰减的无损分析方法，其特征在于，在步骤S11中，预设计算公式如下：
新鲜电池以充电电流I恒流充电时，在每个停止充电休眠阶段刚开始停止充电时的起始直流电阻Rs=（Vs-Vr）/I；
在步骤S13中，预设计算公式如下：...

【专利技术属性】
技术研发人员：周江，李慧芳，韩江浩，陈荣，伍绍中，
申请(专利权)人：天津力神电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12