一种预测锂电池容量保持率的方法技术

本发明专利技术属于评估锂离子电池性能技术领域，具体涉及一种预测锂电池容量保持率的方法。该方法包括，(1)拟合得到锂电池负极极片中的锂的损失容量与循环圈数的函数和电解液锂的损失容量与循环圈数的函数；(2)拟合得到锂的总损失容量与循环圈数的函数；(3)通过正极极片中的锂的总容量、总损失容量、首圈标定容量和第二圈标定容量，拟合得到锂电池在循环过程中的放电容量与循环圈数的函数，进而得到锂电池容量保持率与循环圈数的函数。该方法基于活性锂损耗预测锂电池容量保持率，既可以对锂电池的循环寿命和健康状态进行检测，缩短了电池开发周期，节约实验成本；同时，本发明专利技术预测锂电池容量保持率的方法的准确率高，预测值与实验值吻合度高。吻合度高。吻合度高。

【技术实现步骤摘要】
一种预测锂电池容量保持率的方法


[0001]本专利技术属于评估锂离子电池性能
，具体涉及一种预测锂电池容量 保持率的方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池因为具有质量轻，能量密度高，循环寿命长等优点，自1991 年锂离子电池实现商业化以来，该领域已经取得了重大突破。然而，目前锂离 子电池在电动汽车应用方面仍有很多制约因素，如，充电速率较慢，循环寿命 衰减较快以及热失控等。锂离子电池领域一直追求的目标是在15min内将电池 充电至80％SOC，但是实现电池快充、提高电池寿命以及安全性的前提是要保 证正负极材料具有较高的循环稳定性以及良好的容量保持率。一般来说，锂离 子电池的循环稳定性和容量保持率与正负极材料脱嵌锂前后的结构变化有很大 的关系，脱嵌锂过程中结构越稳定，锂电池的循环稳定性越好，容量保持率越 高。
[0003]目前，行业内评估锂离子的电池容量保持率的方法相对比较多。一般采用 长循环的方式来评估正/负极材料循环性能以及锂离子电池的容量保持率，该方 法最为直观精确，但是时间成本大，效率低。中国专利文献CN110658473A公 开了一种锂离子电池正极材料存储性能评估方法，通过首次放电容量比评估容 量保持，进一步推出锂电池正负极材料的稳定性。中国专利文献CN113884930A 公开了一种预测动力电池循环寿命及健康状态的方法，采用前n周的等效库伦 平均值预测循环m周的容量保持率。这两种方法相对快捷、简单，但是准确率 较低，尤其是通过首次放电容量比来评估容量保持率的这种方式得到的结果与 实际偏差大。同时，现有技术还有很多基于数据驱动、人工智能的方法对锂离 子电池剩余寿命、容量保持率进行预测，如机械学习、神经网络、卡尔曼滤波 法等，这些方法的预测依赖于数据量和数据来源，无法反应出锂电池的衰减机 理，存在效率低、偏差大的问题。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中在预测锂电池容量保 持率时，测试结果与实际结果偏差大，效率低等缺陷，从而提供了一种预测锂 电池容量保持率的方法。
[0005]为此，本专利技术提供了以下技术方案。
[0006]本专利技术提供了一种预测锂电池容量保持率的方法，包括如下步骤，
[0007](1)对待测锂电池进行循环测试，通过拟合得到锂电池负极极片中的锂的 损失容量M
loss
与循环圈数x的函数M
loss
＝m(x)，M
loss
是经过x圈循环后由负极 极片造成的锂的损失容量；
[0008]通过拟合得到锂电池中电解液锂的损失容量N
loss
与循环圈数x的函数 N
loss
＝n(x)，N
loss
是经过x圈循环后由电解液造成的锂的损失容量；
[0009](2)通过负极极片中锂的损失容量和电解液中锂的损失容量，拟合得到锂 的总损
失容量Q
loss
与循环圈数x的函数，Q
loss
＝q1(x)，其中，Q
loss
是经过x圈循 环后由负极极片和电解液造成的锂的总损失容量，记为总损失容量；
[0010](3)通过正极极片中的锂的总容量Q
total
、总损失容量Q
loss
、首圈标定容 量Q1和第二圈标定容量Q2，拟合得到锂电池在循环过程中的放电容量Q
rete
与 循环圈数x的函数，Q
rete
＝q2(x)，进而得到锂电池容量保持率δ与循环圈数x的 函数；
[0011]其中，
[0012]Q1是锂电池在0.33C下标定的首圈容量，Q
rete
是锂电池每圈的实际放电容 量。
[0013]所述步骤(3)中，正极极片中的锂的总容量Q
total
＝aQ
calc
；
[0014]其中，a是脱锂系数，可以是经验值获得或者是采用0.01
‑
0.1C小电流进行 放电得到的放电容量与理论容量Q
calc
的比值；
[0015]Q
calc
是通过第一性原理计算得到的正极材料的理论容量，具体采用密度泛 函(DFT)、广义梯度近似(GGA
‑
PBE)理论进行结构优化，其计算方法采用 本领域常用方法即可。
[0016]所述步骤(2)中，总损失容量Q
loss
与循环圈数x的函数为，
[0017]Q
loss
＝M
loss
+N
loss
。
[0018]所述步骤(3)中，当Q
loss
≤Q
total
－Q1时，锂电池的放电容量Q
rete
＝Q1+(x
‑
1)
ꢀ×
(Q2‑
Q1)；
[0019]当Q
loss
＞Q
total
－Q1时，锂电池的放电容量Q
rete
＝Q
total
‑
Q
loss
。
[0020]所述步骤(1)中，锂电池中负极极片中锂的损失容量M
loss
与循环圈数x 的函数为，
[0021]M
loss
＝be
cx
；
[0022]其中，b、c均为常数。
[0023]所述步骤(1)中，电池中电解液中锂的损失容量N
loss
与循环圈数x的函数 为，
[0024]N
loss
＝mx3+nx2+kx+p；
[0025]其中，m、n、k和p均为常数。
[0026]进一步地，对待测锂电池循环测试结束后，采用电感耦合等离子体法、激 光诱导击穿光谱法或X射线能谱分析法测试负极极片中残留锂含量，并将其转 化为负极极片中锂的损失容量。
[0027]进一步地，对待测锂电池循环测试结束后，采用电感耦合等离子体法、激 光诱导击穿光谱法或X射线能谱分析法测试电解液中残留锂含量，并将其转化 为电解液中锂的损失容量。
[0028]所述循环测试的温度为
‑
10～60℃。
[0029]进一步地，在拟合函数M
loss
和N
loss
时，循环圈数x不小于200。
[0030]本专利技术适用的锂电池体系为铁锂体系、三元体系、无钴体系等众多体系， 具有较高的普适性。
[0031]容量抬头现象：电池在循环过程中，后一圈放电容量大于前一圈放电容量 的现象，即Q1＜Q2＜Q3＜Q4＜
……
＜Q
n
＞Q
n+1
＞Q
n+2
＞Q
n+3
＞
……
，容量保持 率出现≥100％的现象。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预测锂电池容量保持率的方法，其特征在于，包括如下步骤，(1)对待测锂电池进行循环测试，通过拟合得到锂电池负极极片中的锂的损失容量M
loss
与循环圈数x的函数M
loss
＝m(x)，M
loss
是经过x圈循环后由负极极片造成的锂的损失容量；通过拟合得到锂电池中电解液锂的损失容量N
loss
与循环圈数x的函数N
loss
＝n(x)，N
loss
是经过x圈循环后由电解液造成的锂的损失容量；(2)通过负极极片中锂的损失容量和电解液中锂的损失容量，拟合得到锂的总损失容量Q
loss
与循环圈数x的函数，Q
loss
＝q1(x)，其中，Q
loss
是经过x圈循环后由负极极片和电解液造成的锂的总损失容量，记为总损失容量；(3)通过正极极片中的锂的总容量Q
total
、总损失容量Q
loss
、首圈标定容量Q1和第二圈标定容量Q2，拟合得到锂电池在循环过程中的放电容量Q
rete
与循环圈数x的函数，Q
rete
＝q2(x)，进而得到锂电池容量保持率δ与循环圈数x的函数；其中，Q1是锂电池在0.33C下标定的首圈容量，Q
rete
是锂电池每圈的实际放电容量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，正极极片中的锂的总容量Q
total
＝aQ
calc
；其中，a是脱锂系数，可以是经验值获得或者是采用0.01
‑
0.1C小电流进行放电得到的放电容量与理论容量Q
calc
的比值；Q
calc
是通过第一性原理计算得到的正极材料的理论容量。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，总损失容量Q
loss
与循环圈数x的函数为，Q
loss
＝M
loss
+N<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王娇娇，于奥，张要军，何见超，高飞，杨红新，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：