一种快速构建锂电池低温安全充电制度的方法与流程

1.本发明属于锂电池电芯技术领域，具体涉及一种快速构建锂电池低温安全充电制度的方法。


背景技术：

2.锂电池作为储能电源系统，常应用于电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等诸多领域，现阶段锂电池已逐步向电动自行车、电动汽车等领域拓展。但随着北方冬季的到来，环境温度降低，锂电池在实际应用过程中的问题也逐渐暴露，其中续航里程陡减，充电电池臌胀，电池寿命降低等故障频出。
3.锂电池工作原理为锂离子在正、负极之间的迁移实现储能和放电，其迁移过程受温度影响很大，温度降低，电池正、负极材料的动力学变差，电解液粘度上升、电导率下降等，致使电池放电容量小，续航里程短；充电电池极化大，易形成负极析锂，严重时会刺穿隔膜，引起电池短路、起火。其中低温充电对电池自身损伤较大，且往往是不可逆的，所以优化低温条件下锂电池充电策略意义深远。传统锂电池规格书包含电池充电最大允许倍率，部分用户会根据自身应用场景做出调整，常见的优化低温环境下充电的方式有：添加外附加热装置，例如专利cn202120056797.2在锂电池外壳上装配加热板，该系统利用加热控制器以及加热板可以在低温环境下及时给锂电池加热，从而避免低温环境充电的安全隐患；改变充电策略，例如专利cn201410252579.0不借助外部加热，利用电池管理系统实时检测电池温度，利用电池管理系统读取一预设规则，其定义了多个连续的温度范围，每个温度范围对应一个充电截止电压，以确保在特定的温度特定的倍率下充至特定的电压，无析锂产生。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种快速构建锂电池低温安全充电制度的方法，前提是在电池原位植入三电极，通过三电极特征曲线拐点判定是否析锂，其更为准确，低温环境中在允许最大充电电流下恒流充至析锂电压，转恒压充电至预期容量，再转恒流充电，重复“恒流充电-析锂电位-恒压充电-预期容量-恒流充电”，直至电池充满。该方法与传统低温条件下充电对比，能保证负极无析锂条件下高效满充。
5.本发明是通过以下技术方案来实现的：一种快速构建锂电池低温充电制度的方法，采用的技术路线如下：1.提供三电极电池，在制备锂电池叠片阶段植入三电极，叠片时隔膜空卷收尾，负极外移留出空位，三电极放置于空位中，其选用三电极铜丝直径尽量小，优选小于40μm；2.室温下以不大于电池最大允许电流i1对电池充电，得到电压和容量的对应曲线，记为预期容量q(包含q1/q2/q3...)；3.低温条件下以i1电流对电池恒流充电，同时监测电池电压和负极电位，负极析锂为负极电位在0v以下出现电池电压下降、负极电位上升或单独负极电位上升，析锂时记录负极电位及对应的电池电压，该电池电压记为析锂电压v1；
4.无析锂时以恒流充电-恒压充电至电池满充结束；析锂时以恒流充电至析锂电压v1，转恒压充电至该电压下的预期容量q1；5.接着仍以i1中电流充电，监控电池电压和负极电位，根据负极电位特征曲线拐点判定是否析锂，析锂时记录负极电位及电池电压，该电池电压记为析锂电压v2；6.无析锂时以起始电压v1开始，恒流充电至电池最大允许电压-恒压充电至电池满充结束；析锂时以起始电压v1开始，恒流充电至析锂电压v2，转恒压充电至该电压下的预期容量q2；7.接着仍以i1中电流充电，重复步骤5和6，无析锂时以起始电压v2开始，恒流-恒压至满充结束，析锂时以起始电压v2开始，恒流-析锂电压v
3-恒压-预期容量q3，重复多次...直至电池满充；8.即得该低温下电流i1的充电制度，改变温度、充电倍率为任何低温下、任何电流下锂电池充电提供充电制度。
6.本发明的有益效果：本发明快速构建锂电池低温安全充电制度的方法，在电池本体原位零损伤基础上植入三电极，通过三电极电位特征曲线判断析锂电位，在析锂电位时调整恒流充电为恒压充电，直至容量达到预期值，再转恒流充电，重复“恒流充电-析锂电位-恒压充电-预期容量-恒流充电”过程，完成电池低温满充，以实现负极无析锂状态下高效率满充。
7.本发明的快速构建低锂电池温安全充电制度的方法，在无负极析锂的前提下高效完成电池在低温条件下充电过程，改变温度、电流可制定电池全应用场景的充电制度，该方法与传统低温条件下充电对比，能保证负极无析锂条件下高效满充。
附图说明
8.图1为本发明快速构建锂电池低温安全充电制度的技术路线图。
9.图2为本发明实施例1的低温安全充电的特征曲线图（充电至4.01v，箭头对应拐点），其中a为电池电压曲线，b为负极电位曲线。
具体实施方式
10.为了便于理解本发明，本发明列举实施例如下。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他发明，都属于本发明保护的范围。
11.以4ah lco/石墨体系电芯为例，提供三电极电池，在制备锂电池叠片阶段植入三电极，叠片时隔膜空卷收尾，负极外移留出空位，三电极放置于空位中。
12.实施例1本实施例快速构建锂电池低温安全充电制度的方法如下：（1）室温下以0.5c对电池进行充电，记录容量和电压对应关系；（2）0℃环境下0.5c对电池进行充电，在负极电位-44mv，电池电压4.01v出现特征曲线拐点，常温电池在4.01v对应的预期容量为2.809ah；（3）在0℃环境下电池充电以0.5c恒流充至4.01v，转4.01v恒压充电至容量2.809ah，接着再以0.5c恒流充电，在负极电位-39mv，电池电压4.15v出现特征曲线拐点，对
应该电压下的预期容量为3.416ah，则电池以4.01v为起点，0.5c恒流充至4.15v，转4.15v恒压充至容量3.416ah，接着再以0.5c恒流充电，在充至4.2v未发现特征曲线拐点，故该0℃环境中0.5c充电策略优化为0.5c恒流充至4.01v，转4.01v恒压充至2.809ah，转0.5c恒流充至4.15v，转4.15v恒压充至3.416ah，转0.5c恒流充至4.2v，转4.2v恒压充满电。
13.实施例2本实施例快速构建锂电池低温安全充电制度的方法如下：（1）室温下以0.2c对电池进行充电，记录容量和电压对应关系；（2）5℃环境下0.2c对电池进行充电，未发现析锂特征曲线拐点，故该5℃环境中0.2c充电策略优化为0.2c恒流充至4.2v，转4.2v恒压充至满电。
14.以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。


技术特征：
1.一种快速构建锂电池低温安全充电制度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：锂电池原位植入三电极；室温下以不大于电池最大允许电流充电；低温条件下以步骤（2）中电流充电，根据三电极特征曲线判定电池是否析锂；无析锂时以“恒流充电-恒压充电”模式充至电池满电；到达析锂电位时改用“恒流充电-析锂电压-恒压充电-预期容量-恒流充电”循环方式对电池进行充电，直至满电；即得该低温下该电流的充电制度。2.根据权利要求1所述的快速构建锂电池低温安全充电制度的方法，其特征在于，步骤（1）中锂电池叠片时采用隔膜空卷收尾，负极片外移留出三电极植入位置。3.根据权利要求1所述的快速构建锂电池低温安全充电制度的方法，其特征在于，步骤（2）中室温下以不大于电池最大允许电流充电，记录电压-容量曲线，该容量记为预期容量。4.根据权利要求1所述的快速构建锂电池低温安全充电制度的方法，其特征在于，步骤（3）中判定电池析锂需同时监控充电过程中电池电压和负极电位，当负极电位下降至0v以下，且出现析锂特征曲线拐点，记录析锂拐点负极电位及对应的电池电压，此时电池电压记为析锂电压。5.根据权利要求1所述的快速构建锂电池低温安全充电制度的方法，其特征在于，步骤（3）中判定析锂特征曲线拐点为充电过程中电池电压下降、负极电位上升或单独负极电位上升。6.根据权利要求1所述的快速构建锂电池低温安全充电制度的方法，其特征在于，步骤（3）中低温条件下以步骤（2）电流充电无析锂时，按该电流充至电池最大允许电压转恒压充电，直至电池充满。7.根据权利要求1所述的快速构建锂电池低温安全充电制度的方法，其特征在于，步骤（3）中低温下以步骤（2）电流充电析锂时，电池按恒流充电充到析锂电压，转恒压充电至该电压下的预期容量，在此基础上重复步骤（3），直至电池充满。8.根据权利要求1所述的快速构建锂电池低温安全充电制度的方法，其特征在于，根据步骤（2）-（3）实际充电曲线，改变温度和电流得到适合不同工况下的充电制度。

技术总结
本发明公开了一种快速构建锂电池低温安全充电制度的方法，可实现负极无析锂状态下实现高效率满充，有效避免负极析锂，快速构建安全高效的充电制度。首先在锂电池原位植入三电极，其次获得室温下电池充电曲线，低温下电池充电析锂特征曲线拐点，根据室温下电池充电曲线可知一定电压下对应的预期容量，根据析锂电压确定恒流充电截止电压，制定“恒流充电-析锂电压-恒压充电-预期容量-恒流充电”循环充电制度，直至电池充满，改变温度、电流得到适合不同工况下的充电制度。该方法在保证电池无析锂状态下实现高效率满充，且科学合理，适应性强。适应性强。适应性强。


技术研发人员：李蒙 刘艳侠 巩文豪 潘志伟 赵冲冲
受保护的技术使用者：郑州中科新兴产业技术研究院
技术研发日：2022.08.29
技术公布日：2022/11/29