[发明专利]一种锂离子电池筛分方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池筛分方法，属能源与技术领域。

背景技术

锂离子电池由于其具有比能量高、比功率高、循环寿命长、工作温度范围宽、充放电效率高等显著优势，不仅广泛用作手机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子产品的支撑电源，也是当前紧迫发展的电动汽车、光伏工程、风能发电、调峰电站等新能源技术领域发展的核心，在军事、航天等领域同样也是不可或缺的重要部件。但是，当电池经过一段时间使用后，整个电池体系会发生巨大的变化，如正负极材料的粉化、电解液的贫化，以及SEI 膜的退化等，这都将严重影响以后电池使用的效果。尤其是应用于电动汽车、储能电站等大型储能体系中的锂离子电池，成组的单体电池的性能差异，自身的充放电温度、自放电率也不相同，连续的充放电循环导致的单体电池差异放大，都将使电池组的容量加速衰减，部分单体电池甚至出现过早劣化，大大影响了储能系统的正常运行。因此，需要能够提前预知和判别电池的健康状态，对在役电池进行快速评价和分级筛选，剔除或分级组合不同劣化程度的电池，避免电池系统的安全隐患和提高运行效率。

目前，国内外测试电池健康状态的方法有很多，主要有定义法、部分放电法、电压曲线拟合法等，大部分是基于电池的外部特性，例如电流、电压、功率、容量等参数，根据参数随寿命循环的变化来判断电池的健康状态，该类方法简单易行，但是耗时长，精度要求高，受环境因素影响大，而且频繁对电池进行深度放电本身也会降低电池的实际可用容量。由于电池在充放电过程中内部发生一系列复杂的电化学反应，锂电池容量衰减的机理非常复杂，大量实验证实，锂电池在长期使用后，内部发生了很大的变化，首先体现在正负极阻抗的明显增大，其次是电池内部的电解液发生分解、正负极材料结构破坏和脱落等。因此，以电池的内部特性作为切入点，通过内阻来判断电池健康状态的研究也越来越多。IEEE 在1992年4月投票通过了一项标准化草案，建议蓄电池的常规测试方法由原来的浮充电压测试改为导纳或阻抗测试。通过测试电池的阻抗谱可以在一定程度上反应电池的健康状态。本发明采用电化学频谱方法快速判断电池的劣化程度，为电池筛选提供可靠方法。因此，本发明非常适合于大量使用电池的快速评价和分级筛选，对动力锂离子电池的梯次利用具有显著的实用价值和良好的效果。

发明内容

本发明目的是公开了一种锂离子电池筛分方法。其特征在于采用电化学频谱技术，快速分析电池内部各组分的阻抗情况，通过数据拟合分析，预知和判断电池的健康状态。采用测量电化学阻抗谱方法的优势在于，可以测得很宽频率范围的阻抗谱来研究电极系统，得到比其他常规的方法得到更多的动力学信息及电极界面结构的信息，通过电极结构的变化真实的反映出电池性能的变化，从而达到准确判断电池的劣化程度的目的。

本发明目的由以下技术方案完成。

一种锂离子电池筛分方法，其特征在于采用电化学频谱技术，在2~20mV，所采用的正弦波扫描频率在100K~0.1 m Hz范围内，采用不同频率的正弦波对电池体系进行频谱扫描，得到阻抗值和相角对频率的关系曲线，进而通过等效电路模拟分析电池内部各组分阻抗变化，判断电池的劣化程度的标准为：

（1）    若表示电池内部接触阻抗值（Re）相对未循环电池的初始值（Re0）来说，Re小于Re0的1/10，或Re大于Re0的10倍，电池已失效，不能使用；

（2）    若阻抗谱中压扁半圆的直径大于未循环电池的3倍，可认为电池已失效，不能使用；

（3）    若阻抗谱中在直线段出现了一个新的圆弧，表明电池已处于严重衰退阶段，不可分级组合；

（4）    若阻抗谱并未有大的变化，表明该电池处于正常工作状态，可进行分级组合。

本发明的技术方案的效果是：采用电化学频谱技术测量电池内部各组分的阻抗情况，通过数据拟合分析，预判电池的健康状态。这种电化学频谱技术，是在一定的调制电位下，采用不同频率的正弦波对电池体系进行频谱扫描，得到阻抗值和相位角对频率的关系曲线，进而通过等效电路模拟分析电池内部各组分阻抗变化。所述采用电化学频谱技术中分析阻抗的模拟等效电路如图1和图2所示。其中，图1代表电池性能良好时的交流阻抗模型。Re为欧姆内阻，包括电解液内阻、隔膜内阻、集流体及集流体与电极界面的内阻等，Rct为电荷转移内阻，Q为常相角元件，W为反应扩散传质过程的Warburg 阻抗。图2代表电池性能严重衰退时的交流阻抗模型。

附图说明

图1，是本发明说明书中电池性能良好时分析阻抗的等效电路。