一种电池过充安全边界的测定方法技术

本发明专利技术提供一种电池过充安全边界的测定方法。包括：提供一充满电的电池，在绝热条件下，采用第一电流连续过充电至电池热失控，统计过充电期间的充电总量，记为连续过充量；提供一充满电的电池，在绝热条件下，对所述充满电的电池阶梯过充电，所述阶梯过充电具体为：A)采用第二电流恒流充电，所充电量达到所述连续过充量的1～10％时停止充电，并静置处理；所述第二电流为0.1C以下；B)重复步骤A)至电池在静置处理阶段持续自产热，实现电池过充安全边界的确定。该测定方法，可在降低和消除电流极化影响和热效应影响的基础上，获得电池的实际过充安全边界值，为电池的使用提供安全指导。为电池的使用提供安全指导。为电池的使用提供安全指导。

【技术实现步骤摘要】
一种电池过充安全边界的测定方法


[0001]本专利技术属于电池安全测试
，具体涉及一种电池过充安全边界的测定方法。

技术介绍

[0002]锂离子动力电池因其具有高能量密度、高倍率等优点，一直被认为是电动汽车的首选电源，但其安全性问题严重阻碍了大容量、大功率电池在该领域的发展和应用，锂离子动力电池的安全性一直受到人们的广泛关注。三元和磷酸铁锂锂离子动力电池是当前车用动力电池的主流产品，尤其针对三元体系锂离子动力电池，安全性是关乎其进一步在电动汽车市场推广应用必须要攻克的技术难题之一。
[0003]根据车辆事故统计数据发现，电动汽车故障多发于出厂后的第二年夏季，发生起火的车辆中，过充电是造成热失控的常见诱因，因此，过充安全边界的确定可为锂离子电池的使用提供安全指导。过充电测试是严苛性仅次于针刺的安全测试要求，现有测试方法例如GB 38031
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2020、IEC 62660
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2018或UL 1642
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2009等国标/国际标准中，通常针对满电态电池，以恒流方式(C/3、1C或3C)过充至115％SOC、200％SOC或250％SOC，即以持续充电的方式造成电池负极析锂，正极结构塌陷，电解液分解等多个副反应的进行，定性判定电池的耐过充性能(即是否起火或者爆炸)。而过充电过程涉及的安全失效机制复杂，过充电测试的结果会受到测试环境温度、充电倍率等因素影响，目前研究报道的定量测试方法例如CN110082686A是采用C/3以上电流连续过充方法，通过分析过充电试验曲线温度变化率和电压变化率来确定电池的过充电边界值，具有一定的局限性和不确定性，不能消除热效应和极化带来的影响，因此从本征上确定电池的实际过充边界有一定的难度。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种电池过充安全边界的测定方法，可在尽量降低电流对过充的极化影响，以及消除过充过程中热效应影响的基础上，获得电池的实际过充安全边界值。
[0005]具体来说，本专利技术提供了如下技术方案：
[0006]一种电池过充安全边界的测定方法，包括：
[0007]提供一充满电的电池，在绝热条件下，采用第一电流连续过充电至电池热失控，统计过充电期间的充电总量，记为连续过充量；
[0008]提供一充满电的电池，在绝热条件下，对所述充满电的电池阶梯过充电，所述阶梯过充电具体为：
[0009]A)采用第二电流恒流充电，所充电量达到所述连续过充量的1～10％时停止充电，并静置处理；
[0010]所述第二电流为0.1C以下；
[0011]B)重复步骤A)，至电池在静置处理阶段持续自产热，实现电池过充安全边界的确定。
[0012]过充电过程涉及的热安全失效机制非常复杂，前期过充阶段电池主要以极化热和电化学反应产热为主，该阶段由于电流较低，极化热也会降低，且随着充电
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静置过程，电池的热效应较易达到平衡，而随着过充进一步增加，电池产热除了可逆反应热、极化热还有副反应热(锂与电解液发生自发热反应、正极材料溶解及其与电解液、负极材料之间相互作用等连锁反应)，静置平衡过程可有效降低/消除不同阶段热累积效应的影响。
[0013]本专利技术结合绝热过充技术，采用低倍率阶梯过充方法，以连续过充容量值为参考值，对电池在特定阶梯过充量下进行阶梯过充，达到每个阶梯过充后在绝热条件下进行静置处理，以温度达到平衡或者温度开始下降为基准点进行下一个阶梯过充，当电池在绝热静置条件下发生持续自产热，获得电池的实际过充安全边界，确定过充边界特征参数。
[0014]优选的，上述的电池过充安全边界的测定方法中，步骤A)中，所充电量达到所述连续过充量的4～6％时停止充电。
[0015]优选的，上述的电池过充安全边界的测定方法中，所述电池为锂离子蓄电池。
[0016]优选的，上述的电池过充安全边界的测定方法中，任一所述充满电的电池的制备方法如下：
[0017]以0.5～1C电流对电池恒流充电至电池终止电压后转恒压充电，充电电流降至0.05C以下后停止充电，得到充满电的电池。
[0018]优选的，上述的电池过充安全边界的测定方法中，所述第一电流为0.01C～0.1C。为尽量降低极化和热效应的影响，所述第一电流采用小电流(如0.1C)恒流充电至电池热失控，记录电池在连续过充条件下的容量边界值。
[0019]优选的，上述的电池过充安全边界的测定方法中，所述第二电流为0.01C～0.1C。进一步优选的，所述第一电流与第二电流相同。
[0020]优选的，上述的电池过充安全边界的测定方法中，所述阶梯过充电中，当静置处理至电池温度不再升高时，停止静置处理，重复步骤A)。
[0021]优选的，上述的电池过充安全边界的测定方法中，所述持续自产热具体为：电池升温速率持续大于0.02℃/min直至触发热失控。
[0022]优选的，上述的电池过充安全边界的测定方法中，所述电池过充安全边界包括温度值安全边界，所述温度值安全边界为所述持续自产热起始温度。
[0023]优选的，上述的电池过充安全边界的测定方法中，所述电池过充安全边界包括过充量安全边界，所述过充量安全边界为所述持续自产热起始充电量。即以过充态电池持续自产热开始时的已充电量(阶梯过充电阶段)为过充量安全边界。
[0024]优选的，上述的电池过充安全边界的测定方法中，所述电池过充安全边界包括电压值安全边界；所述电压值安全边界为所述持续自产热起始电压。即以过充态电池持续自产热开始时的电压值为电压值安全边界。
[0025]本专利技术所取得的有益效果：
[0026]本专利技术提供的电池过充安全边界的测定方法，可以在降低电流极化影响下确保一定过充量，并在过充之后，待电池在绝热条件下充分达到热平衡后，再进行下一步过充，不仅可以获得电池的欧姆热效应影响程度，而且可以获得不同过充阶段的热平衡时间及由于累加的过充量带来的热效应影响程度，能够更真实地反应电池在不同过充阶段的安全程度，进而获取电池的安全边界；
[0027]与国标方法中连续过充方法相比，本专利技术不用分析过充数据(如快速温度变化速率或电压等信息)，仅通过实际测试数据即可获取电池的实际过充安全边界，即通过阶梯过充电的绝热静置过程温度变化信息获取该电池的临界过充点，方法简单明了，同时可以为电动汽车发生在静置过程中的安全事故原因提供解析思路，保障电动汽车的安全使用，且可以为热管理系统控制提供数据支撑，降低过充造成的安全风险。
附图说明
[0028]图1为实施例1阶梯过充电过程中三元/石墨电池温度和电压随时间的变化曲线。
[0029]图2为对比例1所述的三元锂/石墨体系电池温度和电压随时间的变化曲线。
[0030]图3为试验例所述的三元锂/石墨体系电池温度和电压随时间的变化曲线。
具体实施方式
[0031]以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池过充安全边界的测定方法，其特征在于，包括：提供一充满电的电池，在绝热条件下，采用第一电流连续过充电至电池热失控，统计过充电期间的充电总量，记为连续过充量；提供一充满电的电池，在绝热条件下，对所述充满电的电池阶梯过充电，所述阶梯过充电具体为：A)采用第二电流恒流充电，所充电量达到所述连续过充量的1～10％时停止充电，并静置处理；所述第二电流为0.1C以下；B)重复步骤A)，至电池在静置处理阶段持续自产热，实现电池过充安全边界的确定。2.根据权利要求1所述的电池过充安全边界的测定方法，其特征在于，所述电池为锂离子蓄电池。3.根据权利要求1或2所述的电池过充安全边界的测定方法，其特征在于，任一所述充满电的电池的制备方法如下：以0.5～1C电流对电池恒流充电至电池终止电压后转恒压充电，充电电流降至0.05C以下后停止充电，得到充满电的电池。4.根据权利要求1
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3任一项所述的电池过充安全边界的测定方法，其特征在于，所述第一电流为0.01C～0.1C；和/或，所述第二电流为0.01C～0.1C。5.根据权利要求4所述的电池过充安全边界的测...

【专利技术属性】
技术研发人员：云凤玲，栗敬敬，高敏，张天磊，崔义，方彦彦，张向军，
申请(专利权)人：国联汽车动力电池研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：