[发明专利]一种锂离子电池性能衰减原因的测试及诊断方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池测试技术领域，具体涉及一种锂离子电池性能衰减原因的测试及诊断方法。

背景技术

锂离子电池在当前阶段以其不可替代的优势被广泛的应用于电子消费类产品中，并且在军用、航空航天领域、储能、电动汽车中的应用也在逐渐的增加。

对于电池开发人员来说，针对不同的使用环境和性能要求，需要对电池体系进行相应的设计及验证测试，而在验证测试中需要对发生性能衰减或者性能不达标的电池进行原因分析，已达到对电池设计的优化和改进。

常规的做法是，将电池拆解，分别对正极和负极进行表征测试，如清洗后制作扣式/软包电池，再进行相应的容量测试、阻抗测试等，用以判断导致电池发生性能衰减的主要原因。但是电池拆解后的再组装过程可能偏离了电池原有的状态，因此可能会影响判断结果。同时常规的SEM、XRD等材料的表征手段，其灵敏度不足以对发生轻微结构变化的材料进行表征。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题而提供一种锂离子电池性能衰减原因的测试及诊断方法，其可以对性能发生衰减的电池进行无损检测，在不拆解电池的情况下，通过对电池的多个测试参数表征，综合判断电池发生性能衰减的主要原因。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池性能衰减原因的测试及诊断方法，包括以下步骤：

测量一定荷电态下充电和放电过程中待测电池和参比电池的欧姆阻抗和弛豫阻抗；

测量一定荷电态下待测电池和参比电池的温熵系数；

计算待测电池相对于参比电池的在充电及放电过程的欧姆阻抗增长率和弛豫阻抗增长率以及电池的温熵系数增长率绝对值；

通过比较待测电池相对于参比电池的欧姆阻抗增长率和弛豫阻抗增长率以及温熵系数增长率绝对值的大小，对电池性能衰减的原因进行判断。

其中，测试欧姆阻抗、弛豫阻抗和温熵系数的荷电态区间为40％-70％，该荷电态区间为电池发生主要电化学反应的区间，也可根据电池的容量微分曲线进行实际测试后确定。

本发明中，测量电池在充、放电过程中指定荷电态下的欧姆阻抗和弛豫阻抗的方法为，以小电流充电或放电至指定荷电态，再以大电流充电或放电第一预设时间，按第一预设数据采集间隔采用电压数据，最后一电压值记为Uo，休眠；休眠开始的第一数据采集时间内，按第一预设数据采集间隔采用电压数据，第一个采集的电压值记为Ui，第一数据采集时间后按第二预设数据采集间隔采用电压数据，直至电压稳定，稳定后的电压值记为Urel，根据式(1)和式(2)分别计算电池的欧姆阻抗Ri和弛豫阻抗Rrel

本发明中，所述小电流为0.05—0.1C,所述大电流为IC-3C；所述第一预设时间为1s-5s,所述第一数据采集时间为1s-60s，所述第一预设数据采集间隔小于等于100ms，所述第二预设数据采集间隔大于或等于所述第一预设数据采集间隔，所述电压稳定指电压变化率小于0.1mV/min。

本发明中，测量电池在指定荷电态下温熵系数的方法采用直接测量法；具体如下：

将电池在室温下以小电流放电至指定荷电态后，置于恒温箱中升高至不同阶梯温度，按预设间隔时间记录电压数据，直至电池电压达到稳定，记录不同温度下稳定后的电压值；

以不同阶梯温度下记录稳定的电压值对不同阶梯温度作图，斜率即为温熵系数。

本发明中，所述不同阶梯温度是指初始温度在为25℃，然后按25℃、30℃、35℃、40℃、45℃的规律变化升高的多个不同温度，所述小电流为0.05—0.1C，所述预设间隔时间为3-10min，所述电压稳定指电压变化率小于0.1mV/min。

本发明中，所述参比电池与待测电池为相同体系的电池。

本发明中，对于相同体系电池，可建立电池性能衰减状态与欧姆阻抗增长率、弛豫阻抗增长率和温熵系数增长率绝对值间的判断数据库，对待测电池的性能衰减原因判断。

本发明中，比较待测电池相对于参比电池的欧姆阻抗增长率和弛豫阻抗增长率，以及温熵系数增长率绝对值的大小，对电池性能衰减的原因判断，可以采用如下方法：