一种锂硫电池的阶梯充电技术制造技术

本发明专利技术公开了一种锂硫电池的阶梯充电技术，属于电池充电技术领域。所述充电技术包括两种方案：充电电流逐渐增大的阶梯恒流充电；充电电流逐渐增大的阶梯脉冲充电。所述充电技术通过降低充电极化，特别是充电初期的极化，挖掘充电潜能，提高活性硫的利用率。与恒流充电相比，这些充电技术均能够在相同充电电量的前提下，提高电池充电速度，缩短充电时间，提升电池的循环性能。电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池的阶梯充电技术


[0001]本专利技术属于电池充电
，具体涉及一种锂硫电池的阶梯充电技术。

技术介绍

[0002]锂硫电池的理论能量密度2600Wh/Kg，是传统锂离子电池的3
‑
5倍，是极具应用前景的电化学储能体系。在过去的十年中，锂硫电池得到了长足的发展，特别是在比容量和扣式电池层级的循环稳定性上都有了大幅度的提升，但是仍然存在着较多的技术挑战。其中，较大的内阻是限制锂硫电池性能提升的因素之一，而造成锂硫电池内阻较大的原因主要有硫本身的低电导率、硫与锂形成的多硫化物不断溶于电解液以及不溶性Li2S的电子、离子电导率较差。为了解决这些问题，现有的研究报道当中主要是对硫正极材料的设计，事实上，开发合适的充电技术也能够在一定程度上降低锂硫电池的内阻，提升电池性能。
[0003]现有锂硫电池最为常见的充电方式是恒流充电，在充电过程中，锂硫电池负极由于是金属锂离子的沉积反应，阳极电位没有明显变化，而正极由于不溶性Li2S和Li2S2的存在，阴极电位呈现先快速增大，再减小，后再增大的变化趋势。若采用较大的电流进行恒流充电，充电初期，阴极由于不溶性Li2S的电子、离子电导率较差，电池极化快速增大，阴极电位快速上升，导致不溶性Li2S和Li2S2无法充分的转化，降低了硫的利用率。因此，为了降低锂硫电池充电过程的极化，提高活性物质硫的利用率，减缓循环过程中不溶性固态硫化锂的积累，根据锂硫电池充电极化的特点：充电过程电池极化呈现由大到小的变化趋势。本专利技术提供了一种针对锂硫电池的阶梯充电技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种锂硫电池的阶梯充电技术，通过降低充电过程的极化，提高活性物质硫的利用率，减缓不溶性固态硫化锂的积累，挖掘电池的充电能力，提高电池充电速度，提升电池的循环性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种锂硫电池的阶梯充电技术，包括两种充电方案：第一种为充电电流逐渐增大的阶梯恒流充电；第二种充电电流逐渐增大的阶梯脉冲充电。
[0007]第一种充电方案的电流逐渐增大的阶梯恒流充电方式的具体方案为：设定一组逐渐增大的恒流充电电流值I
c
{I
c1
,I
c2
,I
c3
,
……
,I
cn
}，一组逐渐增大的恒流充电截止电压V{V1,V2,V3,.....,V
n
}或者一组逐渐增大的充电截止SOC{SOC1,SOC2,SOC3,.....,SOC
m
}；电池恒流充电第一阶段，充电电流为最小值I
c1
，充电时间为t
c1
，电池电量充电至SOC1；电池恒流充电第二阶段，充电电流为I
c2
，充电时间为t
c2
，电池电量充电至SOC2或者充电至截止电压V1，.....，电池充电至第n阶段，充电电流为I
cn
，充电时间为t
cn
，电池电量充电至SOC
n
或者充电至截止电压V
n
‑1，如此循环，直至电池电压达到截止电压V
max
。
[0008]所述的电流逐渐增大的阶梯恒流充电，至少包括两个恒流充电阶段，且电池须在上一个充放电周期时已经完全放电。所述的电流逐渐增大的阶梯恒流充电技术，电池恒流
充电第一阶段，充电电流I
c1
、SOC1、V1为最小值，且SOC1和V1必须是电池已经克服了充电初期由于固态Li2S和Li2S2的固相转化导致产生较大极化后的数值。
[0009]第二种充电方案的电流逐渐增大的阶梯脉冲充电的具体方案为：设定一组逐渐增大的脉冲充电电流值I
c
{I
c1
,I
c2
,I
c3
,
……
,I
cn
}，一组逐渐增大的充电截止电压V{V1,V2,V3,.....,V
n
}或者设定一组逐渐增大的充电截止SOC{SOC1,SOC2,SOC3,.....,SOC
m
}，电池阶梯脉冲充电第一个阶段，脉冲充电电流I
c1
为最小值，脉冲循环充电至电池电量SOC1，电池阶梯脉冲充电第二个阶段，脉冲充电电流为I
c2
，设置负脉冲或者静置时间，脉冲循环充电至电池电量SOC2或者电压V1，.....，电池阶梯脉冲充电第n个阶段，脉冲充电电流为I
cn
，设置负脉冲或者静置时间，脉冲循环充电至电池电量SOC
n
或者电压V
n
‑1，如此循环，直至电池截止电压V
max
。
[0010]所述的电流逐渐增大的阶梯脉冲充电技术，至少包括两个脉冲充电阶段，且电池须在上一个充放电周期时已经完全放电。所述的电流逐渐增大的阶梯脉冲充电技术，电池阶梯脉冲充电第一个阶段，脉冲充电电流I
c1
、SOC1、V1为最小值，且SOC1和V1必须是电池已经克服了充电初期由于Li2S和Li2S2的固相转化导致产生较大欧姆极化后的数值。所述的电流逐渐增大的阶梯脉冲充电技术，每一个脉冲充电阶段里的脉冲充电电流值都是定值，而在所有的脉冲充电阶段中，每一个脉冲充电时间值、每一个负脉冲时间值以及每一个静置时间值都是定值。
附图说明
[0011]图1为电流逐渐增大的阶梯恒流充电。
[0012]图2为电流逐渐增大的阶梯脉冲充电。
[0013]图3为实施例1与对比例充电曲线图。
[0014]图4为实施例2与对比例的充电曲线图。
[0015]图5为实施例与对比例的循环性能曲线。
具体实施方式
[0016]为了使本专利技术的技术方案能够被更好的理解，下面结合具体实施例子对本专利技术的内容进行进一步的阐述。
[0017]本专利技术所有的实施例和对比例所采用的电池体系一致，且所有电池的实际容量都在1.0～1.1mAh范围内。阴极为以有序介孔碳为载硫体的硫正极，负极为金属锂，还包括隔离膜和电解液，通过电池组装、活化等工艺得到扣式电池。其中，在阴极的制备过程中，首先需要将有序介孔碳和硫粉以7：3的重量比例充分混合，然后将混合材料置于155℃的反应釜中12小时，待冷却后与PVDF、导电碳黑以8：1：1的重量比例混合均匀，以N
‑
甲基吡咯烷酮为溶剂制备获得。隔离膜为微孔性PP类薄膜，电解液为锂盐三氟甲基磺酸亚胺锂溶解于1,3
‑
二氧环烷/1,2
‑
二甲氧基乙烷(DOL/DME，体积比＝1:1)中，添加2wt％的LiNO3添加剂，其中锂盐溶度为1mol/L。另外，本专利技术所有测试都是在常温25℃的环境中进行，电压测试范围均为1.7
‑
2.8V。
[0018]本专利技术实施例与对比例的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池的阶梯充电技术，其特征在于：所述充电技术为充电电流逐渐增大的阶梯恒流充电方式；或者，所述充电技术为充电电流逐渐增大的阶梯脉冲充电方式。2.根据权利要求1所述的锂硫电池的阶梯充电技术，其特征在于：所述充电技术为充电电流逐渐增大的阶梯恒流充电方式的具体方案包括以下步骤(A1)
‑
(A2)：(A1)设定一组逐渐增大的恒流充电电流值I
c
{I
c1
,I
c2
,I
c3
,
……
,I
cn
}，一组充电时间值{t
c1
,t
c2
,t
c3
,.....,t
cn
}，一组逐渐增大的恒流充电截止电压V{V1,V2,V3,.....,V
n
}或者设定一组逐渐增大的充电截止SOC{SOC1,SOC2,SOC3,.....,SOC
m
}，设定一个截止电压V
max
；(A2)电池恒流充电第一阶段，充电电流为I
c1
，充电时间为t
c1
，电池电量充电至SOC1；电池恒流充电第二阶段，充电电流为I
c2
，充电时间为t
c2
，电池电量充电至SOC2或者充电至截止电压V1；依次进行直至电池充电至第n阶段，充电电流为I
cn
，充电时间为t
cn
，电池电量充电至SOC
n
或者充电至截止电压V
n
‑1，如此循环，直至电池电压达到截止电压V
max
。3.根据权利要求1所述的锂硫电池的阶梯充电技术，其特征在于：所述充电技术为充电电流逐渐增大的阶梯脉冲充电方式的具体方案包括以下步骤(B1)
‑
(B2)：(B1)设定一组逐渐增大的脉冲充电电流值I
c
{I
c1
,I
c2
,I
c3
,
……
,I
cn
}，一个充电时间值t
c
，一个放电电流值I
d
，一个放电时间值t
d
或者一个静置时间值t
r
，一组逐渐增大的充电截止电压V{V1,V2,V3,.....,V
n
}或者设定一组逐渐增大的充电截止SOC{SOC1,SOC2,SOC3,....., SOC
m
}，设定一个截止电压V
max
；(B2)电池阶梯脉冲充电第一个阶段，脉冲充电电流为I
c1
，脉冲充电时间值t
c
，负脉冲电流为I
d
，负脉冲放电时间为t
d
或者静置时间t
r<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰，郭震强，胡广剑，吴敏杰，成会明，
申请(专利权)人：沈阳国科新能源材料与器件产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：