[發(fā)明專利]一種石墨電極充電狀態(tài)的原位觀測的方法及其裝置

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• 申請日: 2020-03-26
• 公開（公告）號: CN111366852A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉超;劉佳麗;陳獻武;方英軍;萬玲玉;周蘭
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電氣集團股份有限公司
• 主分類號: G01R31/382
• 分類號: G01R31/382;G01J3/46;H01M10/44;H01M10/0525;H01M10/48
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 郎祺

本發(fā)明公開了一種石墨電極充電狀態(tài)的原位觀測裝置，包括一上端開口的石英盒，其內(nèi)裝設(shè)有電解液；一組工作電極，其包括呈邊對邊平行緊貼于所述石英盒內(nèi)壁的正極和負極；以及一蓋板，其上開設(shè)有兩極耳引出孔和一注液孔；兩所述極耳引出孔上均設(shè)置有極耳，兩所述極耳的下端分別對應(yīng)連接所述正極和負極，上端與電源連接，還公開了一種采用上述裝置的石墨電極充電狀態(tài)的原位觀測方法。本發(fā)明提供的觀測裝置結(jié)構(gòu)簡單，觀測方便，方便計算結(jié)果，準確高效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨電極充電狀態(tài)的原位觀測的方法及其裝置。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有能量密度大、循環(huán)壽命長的優(yōu)點，是目前和未來在混合動力汽車和純電動汽車上非常有前景的能量儲存裝置。石墨由于安全性高、成本低、循環(huán)性能穩(wěn)定，因此被用作許多商業(yè)鋰離子電池的電極材料。如何直觀簡單地計算全電池實時的SOC對于研究鋰離子電池性能和壽命是非常重要的。因而，不少學(xué)者對鋰離子電池石墨電極進行了原位觀測。

充電狀態(tài)是用來描述電池使用過程中可充入和放出容量的重要參數(shù)，其數(shù)值定義為電池剩余容量與電池容量的比值。目前，對電池SOC的估算方法主要有：放電實驗法、電量累積法、開路電壓法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、卡爾曼濾波法等。

放電實驗法具有可靠，精度高的優(yōu)點，缺點是需要較長時間，測量時電池必須處于脫機狀態(tài)。電量累積法是一種簡單、可靠的估計方法，缺點是由于電流測量精度的原因會導(dǎo)致累計誤差。開路電壓法簡單易行，精度較高，缺點是電池組需要靜置較長時間達到穩(wěn)定狀態(tài)，以克服自恢復(fù)效應(yīng)。卡爾曼濾波法不僅能夠獲得SOC的估計值，還能得到其估計誤差，缺點是需要建立準確的電池模型，運算量較大，能力要求高。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法快速、方便，具有較高精度，可以由現(xiàn)場工況來確定電池的SOC，缺點是估計誤差受數(shù)據(jù)和訓(xùn)練方法的影響大，而且需要大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。

室溫下，石墨的嵌鋰過程會形成多種鋰-石墨層間化合物：LiC₇₂、LiC₃₆、LiC₂₇、LiC₁₈、LiC₁₂和LiC₆。有些鋰-石墨層間化合物具有區(qū)別于原始灰黑色的獨特顏色，如LiC₁₈、LiC₁₂和LiC₆，分別為深藍色、紅色和金色。

因此，提供一種技術(shù)手段直觀簡單地計算全電池實時的SOC值，是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中上述缺陷，提供了一種石墨電極充電狀態(tài)的原位觀測的方法及其裝。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一個方面是提供一種石墨電極充電狀態(tài)的原位觀測裝置，包括：

一上端開口的石英盒，其內(nèi)裝設(shè)有電解液；

一組工作電極，其包括呈邊對邊平行緊貼于所述石英盒內(nèi)壁的正極和負極；以及

一蓋板，其上開設(shè)有兩極耳引出孔和一注液口；兩所述極耳引出孔上均設(shè)置有極耳，兩所述極耳的下端分別對應(yīng)連接所述正極和負極，上端與電源連接。

優(yōu)選地，所述石英盒四面的上邊緣向盒外水平延伸形成盒檐，所述蓋板置于所述盒檐上。

優(yōu)選地，所述電極包括負極活性層90-99％石墨、粘合劑、負極集流體銅箔；所述電極包括正極活性層LiFePO₄、正極集流體鋁箔。

優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑為SBR丁苯橡膠和CMC羧甲基纖維素的混合物。

優(yōu)選地，所述負極的石墨活性層面積為1-6mm×5-10mm，容量為1-3mAh，所述負極的LiFePO₄活性層面積1-6mm×20-40mm，容量為2-4mAh。