一种锂亚电池的自放电测量和寿命评估方法技术

本发明专利技术提供了一种锂亚电池的自放电测量和寿命评估方法，包括：(Ⅰ)将放电完成后的锂亚电池进行拆解，得到附着有剩余金属锂的钢壳，测试并计算剩余金属锂的质量；(Ⅱ)根据剩余金属锂的质量分别计算不同工作状态下的锂亚电池的自放电电流，测试结果汇总后拟合得到工作拟合曲线方程；(Ⅲ)分别计算不同储存状态下锂亚电池的自放电电流，测试结果汇总后拟合得到储存拟合曲线方程；(Ⅳ)根据工作拟合曲线方程和储存拟合曲线方程得到现实条件下的工作消耗容量和储存消耗容量，并计算锂亚电池的使用寿命。本发明专利技术充分了考虑电池的具体使用条件、电池的工作时长、存储时长和工作温度等因素，计算出使用寿命，对寿命的评估更准确。对寿命的评估更准确。对寿命的评估更准确。

【技术实现步骤摘要】
一种锂亚电池的自放电测量和寿命评估方法


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种锂亚电池的自放电测量和寿命评估方法。

技术介绍

[0002]相较于其它一次电池，锂/亚硫酰氯能量型电池具有更高的比能量和更高工作电压，同时其工作温度范围极宽、年自放电率极低，因此近十多年来，越来越多的应用在智能仪表、石油钻井、智能追踪、ETC，以及国防等领域。
[0003]在锂亚电池的应用领域中，往往要求电池在一段很长的时间内以极小的电流放电，使用时间长达十几年甚至几十年，使用电流低至几μA。在这种使用条件下，对电池的自放电率的要求就极其严格。例如智能电能表使用的ER14250T型号时钟电池，如果不考虑自放电，该型号锂亚电池的容量足以使用40年以上，然而现实情形却是，因为电池导致的智能电能表的失效时有发生，平均10年左右就需更换电能表。
[0004]锂/亚硫酰氯电池的自放电可以分为两种，一是存储过程中自放电，二是工作过程中的自放电。在锂亚电池中，金属锂会与电解液溶剂亚硫酰氯自发的发生反应，在锂阳极表面形成一层钝化层，钝化层阻止了反应的进一步发生，因此锂亚电池在存放过程中的自放电远远小于其他电化学体系的电池；而当外电路连通，电池工作时，钝化膜会逐渐减少消失，此时电池的自放电也会增大，甚至当电池以极微小的电流持续放电时，自放电电流甚至会超过外电路的工作电流，自放电电流会随着外电路的工作电流的改变而改变，同时也受到环境温度的影响。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种锂亚电池的自放电测量和寿命评估方法，在评估电池的使用寿命时，全面测试了电池在不同环境温度和工作电流条件下的自放电率及存储时的自放电率，充分了考虑电池的具体使用条件、电池的工作时长、存储时长和工作温度等因素，计算出使用寿命，对寿命的评估更准确。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种锂亚电池的自放电测量和寿命评估方法，所述的自放电测量和寿命评估方法包括：
[0008](Ⅰ)将放电完成后的锂亚电池进行拆解，得到附着有剩余金属锂的钢壳，测试并计算剩余金属锂的质量；
[0009](Ⅱ)根据剩余金属锂的质量分别计算不同工作状态下的锂亚电池的自放电电流，测试结果汇总后拟合得到工作拟合曲线方程；
[0010](Ⅲ)分别计算不同储存状态下锂亚电池的自放电电流，测试结果汇总后拟合得到储存拟合曲线方程；
[0011](Ⅳ)根据工作拟合曲线方程和储存拟合曲线方程得到现实条件下的工作消耗容量和储存消耗容量，并计算锂亚电池的使用寿命。
[0012]本专利技术提供了一种锂亚电池的自放电测量和寿命评估方法，在评估电池的使用寿命时，全面测试了电池在不同环境温度和工作电流条件下的自放电率及存储时的自放电率，充分了考虑电池的具体使用条件、电池的工作时长、存储时长和工作温度等因素，计算出使用寿命，对寿命的评估更准确。
[0013]作为本专利技术一种优选的技术方案，将锂亚电池拆解后，取出锂亚电池内的正极炭包，得到附着有剩余金属锂的钢壳。
[0014]作为本专利技术一种优选的技术方案，步骤(Ⅰ)中，所述的剩余金属锂的质量采用如下方法测试得到：
[0015]将附着有剩余金属锂的钢壳放入水中，剩余金属锂与水反应产生氢气，采用排水法收集氢气，根据理想气体状态方程计算剩余金属锂的摩尔数，并通过剩余金属锂的摩尔数计算剩余金属锂的质量。
[0016]作为本专利技术一种优选的技术方案，步骤(Ⅰ)具体包括如下步骤：
[0017](1)对附着有剩余金属锂的钢壳进行预处理，随后将钢壳放入带盖容器内并称重，记为A
1n
；水槽内注水，将带盖容器放入水中，水槽内倒置一个注满水的量筒，量筒开口位于水槽液面以下，在水下打开带盖容器；
[0018](2)水进入带盖容器后与剩余金属锂反应产生氢气，氢气进入量筒后形成气柱，反应结束后，在水中将带盖容器拧紧后取出，称量注满水的带盖容器的质量，记为A
2n
；根据式(1)计算剩余金属锂的摩尔数N
n
：
[0019][0020]其中，P0为标准大气压强，Pa；P
H2O
为水蒸气饱和蒸汽分压，Pa；V
n
为量筒内的氢气体积，mL；A
1n
为带盖容器和钢壳的总质量，g；A
2n
为注满水后的带盖容器的总质量，g；R为理想气体常数，Jmol
‑1·
K
‑1；T为环境温度，℃；N
n
为剩余金属锂的摩尔数，mol；
[0021](3)将剩余金属锂的摩尔数N
n
带入式(2)中，求得剩余金属锂的质量M
1n
：
[0022]M
1n
＝N
n
×
6.94
ꢀꢀꢀ
式(2)。
[0023]作为本专利技术一种优选的技术方案，步骤(1)中，所述的预处理过程具体包括如下步骤：
[0024]将钢壳浸入亚硫酰氯中，清洗掉残留在钢壳和剩余金属锂上的氯化锂；随后，将钢壳浸入二氯甲烷中，清洗掉残留的亚硫酰氯，烘干后待测。
[0025]优选地，所述的预处理过程在干燥室内进行。
[0026]优选地，所述的干燥室内的相对湿度小于2％。
[0027]作为本专利技术一种优选的技术方案，步骤(Ⅱ)具体包括如下步骤：
[0028](a)将全新的锂亚电池在工作状态下进行放电，记录锂亚电池在放电过程中的有效工作容量C
1n
，根据C
1n
计算锂亚电池在工作状态下的自放电消耗容量C
2n
；
[0029](b)将C
2n
带入式(3)中计算锂亚电池的自放电电流i
n
：
[0030]i
n
＝C
2n
/b
ꢀꢀꢀ
式(3)；
[0031]其中，i
n
为锂亚电池的自放电电流，A；C
2n
为锂亚电池在工作状态下的自放电消耗容量，mAh；b为放电时间，h；
[0032](c)重复步骤(a)和步骤(b)，保持工作温度不变，在不同的工作电流下测量锂亚电池的自放电电流，将自放电电流的结果汇总后制图，得到工作电流与自放电电流之间的工作拟合曲线方程。
[0033]作为本专利技术一种优选的技术方案，步骤(a)中，所述的工作状态包括两种不同的放电模式，分别记为一阶段放电模式和二阶段放电模式。
[0034]优选地，所述的一阶段放电模式包括：在工作状态下放电至截止电压时停止。
[0035]优选地，在一阶段放电模式下，将有效工作容量C
1n
带入式(4)中，求得锂亚电池在一阶段放电模式下的自放电消耗容量C
2n
：
[0036]C
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂亚电池的自放电测量和寿命评估方法，其特征在于，所述的自放电测量和寿命评估方法包括：(Ⅰ)将放电完成后的锂亚电池进行拆解，得到附着有剩余金属锂的钢壳，测试并计算剩余金属锂的质量；(Ⅱ)根据剩余金属锂的质量分别计算不同工作状态下的锂亚电池的自放电电流，测试结果汇总后拟合得到工作拟合曲线方程；(Ⅲ)分别计算不同储存状态下锂亚电池的自放电电流，测试结果汇总后拟合得到储存拟合曲线方程；(Ⅳ)根据工作拟合曲线方程和储存拟合曲线方程得到现实条件下的工作消耗容量和储存消耗容量，并计算锂亚电池的使用寿命。2.根据权利要求1所述的自放电测量和寿命评估方法，其特征在于，将锂亚电池拆解后，取出锂亚电池内的正极炭包，得到附着有剩余金属锂的钢壳。3.根据权利要求1或2所述的自放电测量和寿命评估方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，所述的剩余金属锂的质量采用如下方法测试得到：将附着有剩余金属锂的钢壳放入水中，剩余金属锂与水反应产生氢气，采用排水法收集氢气，根据理想气体状态方程计算剩余金属锂的摩尔数，并通过剩余金属锂的摩尔数计算剩余金属锂的质量。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的自放电测量和寿命评估方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)具体包括如下步骤：(1)对附着有剩余金属锂的钢壳进行预处理，随后将钢壳放入带盖容器内并称重，记为A
1n
；水槽内注水，将带盖容器放入水中，水槽内倒置一个注满水的量筒，量筒开口位于水槽液面以下，在水下打开带盖容器；(2)水进入带盖容器后与剩余金属锂反应产生氢气，氢气进入量筒后形成气柱，反应结束后，在水中将带盖容器拧紧后取出，称量注满水的带盖容器的质量，记为A
2n
；根据式(1)计算剩余金属锂的摩尔数N
n
：其中，P0为标准大气压强，Pa；P
H2O
为水蒸气饱和蒸汽分压，Pa；V
n
为量筒内的氢气体积，mL；A
1n
为带盖容器和钢壳的总质量，g；A
2n
为注满水后的带盖容器的总质量，g；R为理想气体常数，Jmol
‑1·
K
‑1；T为环境温度，℃；N
n
为剩余金属锂的摩尔数，mol；(3)将剩余金属锂的摩尔数N
n
带入式(2)中，求得剩余金属锂的质量M
1n
：M
1n
＝N
n
×
6.94
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(2)。5.根据权利要求4所述的自放电测量和寿命评估方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的预处理过程具体包括如下步骤：将钢壳浸入亚硫酰氯中，清洗掉残留在钢壳和剩余金属锂上的氯化锂；随后，将钢壳浸入二氯甲烷中，清洗掉残留的亚硫酰氯，烘干后待测；优选地，所述的预处理过程在干燥室内进行；优选地，所述的干燥室内的相对湿度小于2％。
6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的自放电测量和寿命评估方法，其特征在于，步骤(Ⅱ)具体包括如下步骤：(a)将全新的锂亚电池在工作状态下进行放电，记录锂亚电池在放电过程中的有效工作容量C
1n
，根据C
1n
计算锂亚电池在工作状态下的自放电消耗容量C
2n
；(b)将C
2n
带入式(3)中计算锂亚电池的自放电电流i
n
：i
n
＝C
2n
/b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(3)；其中，i
n
为锂亚电池的自放电电流，A；C
2n
为锂亚电池在工作状态下的自放电消耗容量，mAh；b为放电时间，h；(c)重复步骤(a)和步骤(b)，保持工作温度不变，在不同的工作电流下测量锂亚电池的自放电电流，将自放电电流的结果汇总后制图，得到工作电流与自放电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘耘，于力，阮红林，周敬，夏润，
申请(专利权)人：武汉昊诚锂电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：