[發明專利]一種鋰離子電池篩分方法

無效

• 申請號: 201310456483.1
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103487762A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 吳三毛;張文華;裴鋒;伍發元;劉平;田旭;毛榮軍;方永進;曾偉;曹余良
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;江西省電力科學研究院;武漢大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 江西省專利事務所 36100
• 代理人: 李衛東

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池篩分方法，屬能源與技術領域。

背景技術

鋰離子電池由于其具有比能量高、比功率高、循環壽命長、工作溫度范圍寬、充放電效率高等顯著優勢，不僅廣泛用作手機、筆記本電腦、數碼相機等便攜式電子產品的支撐電源，也是當前緊迫發展的電動汽車、光伏工程、風能發電、調峰電站等新能源技術領域發展的核心，在軍事、航天等領域同樣也是不可或缺的重要部件。但是，當電池經過一段時間使用后，整個電池體系會發生巨大的變化，如正負極材料的粉化、電解液的貧化，以及SEI?膜的退化等，這都將嚴重影響以后電池使用的效果。尤其是應用于電動汽車、儲能電站等大型儲能體系中的鋰離子電池，成組的單體電池的性能差異，自身的充放電溫度、自放電率也不相同，連續的充放電循環導致的單體電池差異放大，都將使電池組的容量加速衰減，部分單體電池甚至出現過早劣化，大大影響了儲能系統的正常運行。因此，需要能夠提前預知和判別電池的健康狀態，對在役電池進行快速評價和分級篩選，剔除或分級組合不同劣化程度的電池，避免電池系統的安全隱患和提高運行效率。

目前，國內外測試電池健康狀態的方法有很多，主要有定義法、部分放電法、電壓曲線擬合法等，大部分是基于電池的外部特性，例如電流、電壓、功率、容量等參數，根據參數隨壽命循環的變化來判斷電池的健康狀態，該類方法簡單易行，但是耗時長，精度要求高，受環境因素影響大，而且頻繁對電池進行深度放電本身也會降低電池的實際可用容量。由于電池在充放電過程中內部發生一系列復雜的電化學反應，鋰電池容量衰減的機理非常復雜，大量實驗證實，鋰電池在長期使用后，內部發生了很大的變化，首先體現在正負極阻抗的明顯增大，其次是電池內部的電解液發生分解、正負極材料結構破壞和脫落等。因此，以電池的內部特性作為切入點，通過內阻來判斷電池健康狀態的研究也越來越多。IEEE?在1992年4月投票通過了一項標準化草案，建議蓄電池的常規測試方法由原來的浮充電壓測試改為導納或阻抗測試。通過測試電池的阻抗譜可以在一定程度上反應電池的健康狀態。本發明采用電化學頻譜方法快速判斷電池的劣化程度，為電池篩選提供可靠方法。因此，本發明非常適合于大量使用電池的快速評價和分級篩選，對動力鋰離子電池的梯次利用具有顯著的實用價值和良好的效果。

發明內容

本發明目的是公開了一種鋰離子電池篩分方法。其特征在于采用電化學頻譜技術，快速分析電池內部各組分的阻抗情況，通過數據擬合分析，預知和判斷電池的健康狀態。采用測量電化學阻抗譜方法的優勢在于，可以測得很寬頻率范圍的阻抗譜來研究電極系統，得到比其他常規的方法得到更多的動力學信息及電極界面結構的信息，通過電極結構的變化真實的反映出電池性能的變化，從而達到準確判斷電池的劣化程度的目的。

本發明目的由以下技術方案完成。

一種鋰離子電池篩分方法，其特征在于采用電化學頻譜技術，在2~20mV，所采用的正弦波掃描頻率在100K~0.1?m?Hz范圍內，采用不同頻率的正弦波對電池體系進行頻譜掃描，得到阻抗值和相角對頻率的關系曲線，進而通過等效電路模擬分析電池內部各組分阻抗變化，判斷電池的劣化程度的標準為：

（1）????若表示電池內部接觸阻抗值（Re）相對未循環電池的初始值（Re0）來說，Re小于Re0的1/10，或Re大于Re0的10倍，電池已失效，不能使用；

（2）????若阻抗譜中壓扁半圓的直徑大于未循環電池的3倍，可認為電池已失效，不能使用；

（3）????若阻抗譜中在直線段出現了一個新的圓弧，表明電池已處于嚴重衰退階段，不可分級組合；

（4）????若阻抗譜并未有大的變化，表明該電池處于正常工作狀態，可進行分級組合。

本發明的技術方案的效果是：采用電化學頻譜技術測量電池內部各組分的阻抗情況，通過數據擬合分析，預判電池的健康狀態。這種電化學頻譜技術，是在一定的調制電位下，采用不同頻率的正弦波對電池體系進行頻譜掃描，得到阻抗值和相位角對頻率的關系曲線，進而通過等效電路模擬分析電池內部各組分阻抗變化。所述采用電化學頻譜技術中分析阻抗的模擬等效電路如圖1和圖2所示。其中，圖1代表電池性能良好時的交流阻抗模型。Re為歐姆內阻，包括電解液內阻、隔膜內阻、集流體及集流體與電極界面的內阻等，Rct為電荷轉移內阻，Q為常相角元件，W為反應擴散傳質過程的Warburg?阻抗。圖2代表電池性能嚴重衰退時的交流阻抗模型。

附圖說明

圖1，是本發明說明書中電池性能良好時分析阻抗的等效電路。