用于借助第一次充电期间的热流率感测来鉴定电池质量的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于在第一和第二电池单体之间进行选择的方法，其中所述方法包括以下步骤：感测由第一(10A)和第二(10B)电池单体发出的总生成热流率；对于第一(10A)和第二(10B)电池单体，记录分别与由第一(10A)和第二(10B)电池单体在它们的第一次充电期间发出的总生成热流率有关的第一和第二组热流率数据；将第一组热流率数据与第二组热流率数据进行比较；以及根据第一组热流率数据与第二组热流率数据之间的比较来选择第一(10A)和第二(10B)电池单体中之一。池单体中之一。池单体中之一。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于借助第一次充电期间的热流率感测来鉴定电池质量的方法


[0001]本专利技术涉及电池领域，更具体地涉及测试电池的固体电解质界面层(SEI)的形成的领域，所述电池包括但不限于锂离子(Li离子)电池和钠离子(Na离子)电池。

技术介绍

[0002]随着电池越来越多地用于运输和电力领域，需要提高它们的可靠性和性能。
[0003]在电池领域中，众所周知，SEI层(即，由电极表面的电解质在超出其热力学稳定性范围的电势下发生自限性部分催化分解而产生的钝化膜)的形成是影响电池随时间的性能的主要因素之一。实际上，尽管SEI层的形成对于电池发挥作用至关重要，但是如果其过量出现，则可能会导致不期望的锂离子消耗、阻抗的显著增加以及活性电极区域的减小，从而导致电池性能随时间降低。因此，主要控制电池寿命的SEI层的形成是单体制造中的关键且昂贵的一个步骤，使方案成为制造商之间的商业秘密。
[0004]为了改善给定电极的电池的SEI层的形成，电池制造商常见的做法是在其电解质中引入添加剂。这些添加剂改变了电池的整体电化学，并且通常有助于稳定SEI层。然而，目前，在电池寿命的早期阶段不可能知道电解质的改性是否改善了SEI层的形成，即，以不会影响电池的长期性能的方式。只有在执行了长时间的一系列的充电
‑
放电循环之后，即，在实际见证了错误地形成的SEI层对电池性能的影响之后，才能实现这一点。
[0005]因此，需要能够在电池寿命的早期阶段确定电解质的组成如何能够改善电池的SEI层的正确形成。
专利技术内容
[0006]为此，本专利技术涉及一种用于在第一电池单体和第二电池单体之间进行选择的方法，其中所述方法包括以下步骤：
[0007]‑
感测由第一电池单体发出的总生成热流率，
[0008]‑
记录与由第一电池单体在第一电池单体的第一次充电期间发出的总生成热流率相关的第一组热流率数据，
[0009]‑
感测由第二电池单体发出的总生成热流率，
[0010]‑
记录与由第二电池单体在第二电池单体的第一次充电期间发出的总生成热流率相关的第二组热流率数据；
[0011]‑
将第一组热流率数据与第二组热流率数据进行比较，以及
[0012]‑
根据第一组热流率数据与第二组热流率数据之间的比较，选择第一电池单体和第二电池单体中之一。
[0013]这里的术语“第一次充电”涉及给电池单体充电的首次，即，通常在电池单体被商业化之前由电池单体制造商执行的充电。另外，术语“在第一次充电期间”应理解为在获得电池单体充满电所需的时间期间。
[0014]本专利技术基于以下认识：考虑到SEI层的形成是由通过电化学/化学反应控制的电解质的表面分解引起的，可以通过与这样的反应相关联的热流率来对其进行监测。换句话说，通过观察和分析热事件，例如热流率的急剧升高，可以确定是否已经正确地形成SEI层。
[0015]因此，通过记录由第一电池在其形成SEI层的第一次充电期间发出的热流率数据，并且将该热流率数据与由第二电池在其第一次充电期间发出的热流率数据进行比较，可以预测从长远来看哪个电池性能更好。实际上，通过比较热事件，例如两个电池之间的热流率的急剧升高，或者通过比较在充电的特定时刻由电池发出的热量，可以识别其SEI层已经以更稳定的方式形成的电池。
[0016]因此，本专利技术提供了一种以更快和更便宜的方式对合适的电解质配方进行基准测试和识别并定义优化的电池格式化方案的方式，这对于电池制造商来说是巨大的改进。
[0017]优选地，为了便于比较，两个电池的电极是相同的类型。它们甚至可以具有相同的组成。
[0018]优选地，也是为了便于比较，用于第一电池和第二电池的感测和记录步骤在相同的温度下执行。
[0019]优选地，使用至少一个光纤布拉格光栅传感器来执行温度的感测。
[0020]实际上，由于使用光纤布拉格传感器进行温度感测，电池单体内的热流率测量能以精确、非侵入性和便宜的方式进行。
[0021]光纤布拉格光栅传感器的小尺寸(直径小于200μm)使得能够将温度感测元件非破坏性地插入到电池单体中，该温度感测元件继而将能够获得热流率。例如，其可以装配在诸如18650型号的圆柱形单体的电池单体的中空部分中。这使得内部温度的操作(operando)测量是可行的。
[0022]此外，光纤可以由具有聚酰胺涂层的硅制成，使得它们能够承受电池电解质内的苛刻的化学环境。因为光纤布拉格光栅传感器依赖于光信号，因此其也不产生任何电磁干扰。
[0023]根据本专利技术的优选实施方式，所述选择方法在比较步骤之前包括以下步骤：
[0024]‑
在第一组热流率数据中检测高于预定阈值的热流率是否持续超过第一电池的第一次充电的总跨度的50％，
[0025]‑
在第二组热流率数据中检测高于预定阈值的热流率是否持续超过第二电池的第一次充电的总跨度的50％。
[0026]实际上，用于判断SEI层的形成是否令人满意的标准是考虑在充电的重要跨度期间的热流率，即，在电池的第一次充电期间的热流率的峰值的“宽度”。如果热流率在超过第一次充电的跨度的50％期间较高，则其意味着形成不稳定的SEI层。因此，如果两个电池中的一个电池呈现这样的特征，则其可能已经被认为是性能不好的电池单体。
[0027]根据本专利技术的特定实施方式，所述选择方法还包括以下步骤：
[0028]‑
基于第一组热流率数据计算第一热值，
[0029]‑
基于第二组热流率数据计算第二热值，以及
[0030]‑
比较第一热值和第二热值，
[0031]根据第一热值和第二热值之间的比较，执行第一电池单体和第二电池单体之间的选择。
[0032]第一热值是热量的值，因此可以用电极(考虑到SEI层大部分由负电极形成，例如用负电极)的毫瓦特
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小时(mWh)或焦耳(J)表示，或者如果标准化，毫瓦特
‑
小时/克(mWh/g)或焦耳/克(J/g)表示。
[0033]由电池单体释放的热量的大小是发生在电池单体内的电化学/化学反应的指示器，因此是SEI层的形成的指示器。因此，如果两个电池中的一个电池在它们各自的第一次充电的相同时刻发出更多的热量，则其SEI层有可能不如另一个电池的SEI层稳定。因此，一个电池可以优先于另一个电池被选择。作为替代方案，第二热值也可以是与SEI层的形成相关联的化学反应相关联的理论热值，其能够允许检测是否记录比预期多的热量，这意味着SEI层不稳定。
[0034]优选地，如果其中一个检测步骤的结果为正，则不执行计算和比较第一热值和第二热值的步骤。实际上，在这种情况下，检测步骤足以能够在两个电池之间进行选择：将不选择检测结果为正的电池。
[0035]根据本专利技术的第一变型，第一热值对应于由第一电池在第一电池的第一次充电的预定百分比之前、例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在第一电池单体(10A)和第二电池单体(10B)之间进行选择的方法，其中所述方法包括以下步骤：感测由第一电池单体(10A)发出的总生成热流率记录与由所述第一电池单体(10A)在所述第一电池单体(10A)的第一次充电期间发出的总生成热流率相关的第一组热流率数据，感测由第二电池单体(10B)发出的总生成热流率记录与由所述第二电池单体(10B)在所述第二电池单体(10B)的第一次充电期间发出的总生成热流率相关的第二组热流率数据，将所述第一组热流率数据与所述第二组热流率数据进行比较，根据所述第一组热流率数据与所述第二组热流率数据之间的比较，选择所述第一电池单体(10A)和所述第二电池单体(10B)中的一个。2.根据权利要求1所述的选择方法，其中，两个电池的电极(10a、10b)是相同的类型。3.根据权利要求2所述的选择方法，其中，用于所述第一电池(10A)和所述第二电池(10B)的感测和记录步骤在相同的温度下执行。4.根据前述任一项权利要求所述的选择方法，其中，使用至少一个光纤布拉格光栅传感器(14、16、18)进行热量的感测。5.根据前述任一项权利要求所述的选择方法，其中，所述方法在比较步骤之前包括以下步骤：检测在所述第一组热流率数据中的高于预定阈值的热流率是否持续超过所述第一电池(10A)的第一次充电的总跨度的50％，检测在所述第二组热流率数据中的高于预定阈值的热流率是否持续超过所述第二电池(10B)的第一次充电的总跨度的50％。6.根据前述任一项权利要求所述的选择方法，其中，所述方法还包括以下步骤：基于所述第一组热流率数据计算第一热值，基于所述第二组热流率数据计算第二热值，以及比较所述第一热值和所述第二热值，根据所述第一热值和所述第二热值的比较，执行所述第一电池单体(10A)和所述第二电池单体(10B)之间的选择。7.根据权利要求5和6结合在一起所述的选择方法，其中，如果...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞尔玛，
申请(专利权)人：法兰西公学院，
类型：发明
国别省市：