锂离子电池循环寿命及剩余寿命的预测方法与流程

1.本发明属于锂电池测试领域，具体涉及一种锂离子电池循环寿命及剩余寿 命的预测方法。


背景技术：

2.锂离子电池作为新一代绿色高能环保电池，在生活生产中有着广泛的应用， 已经成为二次电池的重要发展对象。随着市场的不断升级，锂离子电池循环寿 命也相应提高，在电池研发过程中，对锂离子电池寿命的评价测试周期也随之 加长，严重影响研发进度。
3.因此，锂离子电池的寿命及剩余寿命预测方法的开发，无论在电池研发过 程电池寿命评价测试中，还是在电池性能评价，以及电解液，正负极材料的评 价中，都有加速实验的作用，缩短研发周期，为电池研发制造企业创造更多的 利润。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服提供锂离子电池循环寿命及剩余寿命的预测方法。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种锂离子电池循环寿命及剩余寿命的预测方法，包括下述步骤：
7.第一步：取待测电池，在设定工作环境下，以设定电流、电压对待测电池 进行充放电测试，收集循环次数与每次循环后的电池容量数据；
8.第二步：电解液含量与电池容量保持率之间的关系曲线的建立：
9.第1步：用原位检测电池电解液含量装置分别测试待测电池化成后循环n1， n2，n3，n4次后电解液残余质量分别为m1，m2，m3，m4；
10.第2步：收集电池循环数据，以电池化成后容量为100％，分别计算循环n1， n2，n3，n4次后电池容量保持率为c1，c2，c3，c4；
11.第3步：建立电解液含量与电池容量保持率之间的关系曲线，y＝kc b；其中， c为电池容量保持率百分比，y为电解液残余质量，并利用此曲线计算当c＝80％时， 电解液残余质量为m；
12.第三步：待测电池短期循环后电解液消耗速率的确定，短期循环次数为n0；
13.第1步：用已建立的锂离子电池电解液含量的原位检测装置测试待测电池短 期循环n0次后，电解液含量，记为mp0；
14.第2步：将待测电池再以第一步中的循环制式循环np次后，用已建立的锂离 子电池电解液含量的原位检测装置测试待测电池短期循环n0次后，电解液含量， 记为mp2；
15.第3步：电池短期循环后电解液消耗速率的确定：利用公式vp＝(mp0‑
mp2) /np计算电解液消耗速率；其中，vp为一定循环阶段内的电解液消耗速率，mp0为一定循环阶段内的初始电解液含量，mp2为一定循环阶段末期电解液含量，np 为一定循环阶段内的循环次数；
16.第四步：电池剩余寿命及电池寿命的计算：由公式n＝(m4‑
m)/vp计算得到 电池剩余寿命，n为电池剩余寿命；电池寿命为电池已循环寿命与电池剩余寿命 之和。
17.其中，原位检测装置测试电池电解液含量的方法为：
18.第1步：参照待测电池型号，制作参比电池ref cell；参比电池与正常电池 的差异之处在于，参比电池内注入的是无水乙醇或其他凝固温度低于电解液凝 固温度区间的有机溶剂，而正常电池内部注入的是电解液，之后封装；
19.第2步：不同电解液含量系列电池的制作；为了进行电池中电解液含量的定 量计算，参照外标法的测试原理，制作一系列不同电解液含量的电池，stdcell1， stdcell2，stdcell3
……
；
20.第3步：参比电池、不同电解液含量电池，分别用已经建立的锂离子电池电 解液含量的原位检测装置进行测试分析，得到不同电解液含量电池的微分峰面 积；
21.第4步：以电池温度作为横坐标，每个电池温度相对于参比电池的温差作为 纵坐标，绘制出各个电池的温差对温度曲线，并对不同电解液含量电池的温差 对温度曲线进行峰面积积分；以峰面积为横坐标，电池中的电解液含量为纵坐 标绘制散点图，并进行线性拟合，得到峰面积x与电解液含量y之间的关系式， y＝kx b，x为峰面积，y为电解液含量，单位g。
22.优选的，n0≥100。vp为电池已经达到循环稳定状态时的消耗速率；所述的 电池循环稳定状态，为电解液消耗速率基本不变，电解液量呈线性减少的状态。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.本方法为原位无损测试，测试不影响电池正常循环，不受拆解电池电解液 挥发影响，测试结果准确度较高，且缩短电池寿命测试周期。
附图说明
25.图1为实施例1峰面积与注液量关系曲线图；
26.图2为实施例1峰面积与注液量关系曲线电解液含量与电池容量保持率之间的 关系曲线图。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附 图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
28.下面以一款圆柱型21700电池的测试为例说明本发明，以进一步阐述本发 明实质性特点和显著的进步。
29.实施例1：
30.1、电解液含量检测方法的建立：
31.第1步：参照待测电池型号，制作参比电池ref cell。参比电池与正常电 池的差异之处在于，参比电池内注入的是无水乙醇或其他凝固温度低于电解液 凝固温度区间的有机溶剂，而正常电池内部注入的是电解液，之后则按正常工 艺封装。
32.第2步：不同电解液含量系列电池的制作。为了进行电池中电解液含量的 定量计算，参照外标法的测试原理，制作一系列不同电解液含量的电池， stdcell1，stdcell2，stdcell3，stdcell4注液量分别为7.1g，6.4g，5.8g， 4.9g。
33.第3步：参比电池、不同电解液含量电池，分别用已经建立的锂离子电池 电解液含
量的原位检测装置装置进行测试分析，得到不同电解液含量电池的微 分峰面积。分别为1.87，1.79，1.70，1.64。不同注液量电池详细数据如表1。
34.表1
35.电池编号注液量/g峰面积stdcell17.11.87stdcell26.41.79stdcell35.81.70stdcell44.91.64
36.第4步：以电池温度作为横坐标，每个电池温度相对于参比电池的温差作 为纵坐标，绘制出各个电池的温差对温度曲线，并对不同电解液含量电池的温 差对温度曲线进行峰面积积分。以峰面积为横坐标，电池中的电解液含量为纵 坐标绘制散点图，并进行线性拟合，得到峰面积x与电解液含量y之间的关系 式，y＝9.0735x
‑
9.8321，x为峰面积，y为电解液含量，单位g。如图1所示。
37.2、锂离子电池循环寿命及剩余寿命的预测方法：
38.第一步：取待测电池，在25℃室温下对待测电池进行0.5c充电，1c放电 循环测试，收集循环次数与每次循环后的电池容量数据。
39.第二步：电解液含量与电池容量保持率之间的关系曲线的建立：
40.第1步：用已建立锂离子电池电解液含量的原位检测装置分别测试待测电 池化成后、循环60次后、循环160次、循环260次后电解液残余质量分别为6.0g， 5.8g，5.7g，5.6g。
41.第2步：收集电池循环数据，以电池化成后容量为100％，分别计算循环环 60次后、循环160次、循环260次后电池残余容量为99.0％，97.9％，96.2％， 94.8％。
42.第3步：建立电解液含量与电池容量保持率之间的关系曲线， y＝7.7029c
‑
1.6122，c为电池容量保持率百分比，y为电解液残余质量，并利用 此曲线计算当c＝80％时，电解液残余质量为4.6g，如图2。
43.第三步：短期循环后电解液消耗速率的确定，短期循环次数为n0。
44.第1步：用已建立的锂离子电池电解液含量的原位检测装置测试待测电池 短期循环200次后，电解液含量为5.7g。
45.第2步：将待测电池再以第一步中的循环制式循环100次后，用已建立的 锂离子电池电解液含量的原位检测装置测试待测电池又循环100次后，电解液 含量为5.6g。
46.第3步：待测电池短期循环后电解液消耗速率的确定：利用公式n＝(m4‑
m) /vp计算电解液消耗速率。vp＝(5.7
‑
5.6)/100＝0.001g/cycle。其中，vp为一定 循环阶段内的电解液消耗速率，mp0为一定循环阶段内的初始电解液含量，mp2为一定循环阶段末期电解液含量，np为一定循环阶段内的循环次数。
47.第四步：电池剩余寿命及电池寿命的计算：由公式计算得到电池剩余寿命， n＝(5.6
‑
4.6)/0.001＝1000为电池剩余寿命；电池寿命为电池已循环寿命与电 池剩余寿命之和，即260 1000＝1260次。待测电池详细数据如表2。
48.表2
49.[0050][0051]
本方法为原位无损测试，测试不影响电池正常循环，不受拆解电池电解液 挥发影响，测试结果准确度较高，且缩短电池寿命测试周期。
[0052]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。