[发明专利]一种控制锂电池化成的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池化成技术，特别涉及一种控制锂电池化成的方法及其装置。

背景技术

锂电池主要由正极、负极、电解液以及SEI膜构成。其中，SEI膜是在液态锂电池首次充放电过程中,电极材料与电解液在固液相界面上发生反应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。锂电池SEI 膜的形成基于对电池正极中的锂离子的消耗，及其电化学反应的效率，直接体现到对锂离子的消耗量。形成SEI膜消耗了大量的锂离子，也就是说首次充放电使得电池不可逆容量增加,降低了电极材料的充放电效率。锂电池SEI膜致密性关系到锂离子的循环寿命和稳定性。SEI膜薄而致密的膜所消耗的量小, 可以降低首次充电时的不可逆容量, 也可以减小对石墨进行插层和脱层时的阻力, 增大的充、放电容量, 提高充、放电效率。锂离子化成是形成SEI膜的过程，化成过程的各种参数直接影响到SEI膜的形成的好坏，因此锂离子化成过程是除了材料特性之外对锂离子性能的最大影响因素。

锂电池化成时的电流密度和电压控制对SEI膜有重大的影响，主要体现在以下几个方面：首先，不同电压下,负极表面发生还原分解的电解液的组分不同,因而生成的产物也不同，因而根据所控制SEI膜在不同的阶段的电压，可生产出不同的SEI膜效果；不同电流密度下,晶核形成速度不同,导致SEI膜结构差异,对SEI膜的致密性有很大的影响。另外的电池生产过程中的温度对电池的SEI膜形成的质量也存在很大的影响。

同时，在电池生产过程中的耗电量是非常大，其中电池的化成和检测用电占全厂用电量60%以上，日产十几万只的电池厂，每年化成检测电费都在百万元以上。可见，降低能耗对于降低生产成本起着至关重要的作用。所以在设计系统时应该要在保证系统可靠性和电池质量的前提下，一方面尽量选取高效低耗的元器件，另一方面要尽量节约电能。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

1、自动化程度低，无法满足大规模生产；

2、缺乏对SEI膜形成条件的有效控制，致使锂电池SEI膜的形成效果比较一般；

3、化成设备耗能大。

发明内容

本发明提出一种化成方法，通过对锂电池化成过程中工序的自动控制以及建立数据模型来控制的SEI膜形成，从而使锂电池具有较佳的化成效果。

本发明提供一种控制锂电池化成的方法，包括：

导入或输入控制参数；根据所述控制参数对化成设备进行控制；采集环境参数，判断所述环境参数超过预定参数范围；若是，调整控制参数并对化成设备进行控制。

当所述导入控制参数不在预定参数范围内时，提取预设控制参数，根据所述预设控制参数对化成设备进行控制。

所述控制参数包括电流参数、电压参数以及温度参数。

所述预定参数范围为电压参数范围为3.0V—4.2V、电流参数范围200mA—600mA以及温度参数范围20^oC—35^oC。

在调整控制参数时，记录调控时间并形成调控时间段，对所述调控时间段的耗能进行计算。

所述导入控制参数的步骤包括：通过现有的试验数据建立化成模型并提取控制参数；根据提取控制参数进行化成，进行耗能计算，选择出最低耗能化成模型。

所述化成模型是用一个数据表表示化成过程中的电化学参数（电压，电流，温度）以及与之相对应的过程控制时间，表达方式为（U，I，T，t），U表示电压，I表示电流，T表示电池温度，t表示时间，该表达式过程控制时间t内的采用电压值U，电流值I，温度值T对电池化成进行控制。

一种控制锂电池化成的装置，其包括：

系统控制模块，用于根据导入的控制参数控制电池化成时的环境参数；

化成模块，连接于所述系统控制模块，用于根据系统控制模块所提供的控制参数来控制化成环境参数，锂电池在化成模块中完成化成过程；

环境参数采集模块，连接于所述化成模块，用于实时采集化成模块中的环境参数；

数据处理模块，连接所述环境参数采集模块，用于处理环境参数采集模块的采集数据，判断环境参数超过预定参数范围，再调整控制参数，将数据分别传输给系统控制模块和存储模块；

存储模块，连接所述数据处理模块，用于存储化成数据或试验数据，以供系统控制模块提取使用。

所述控制参数包括电流参数、电压参数以及温度参数。