[發明專利]一種鋰離子電池鋰枝晶在線監測方法及系統

在審

• 申請號: 202011611838.6
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112730548A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 尚德華;楊澤乾
• 申請（專利權）人: 傲普（上海）新能源有限公司
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01R31/388;H01M10/48
• 代理公司: 北京壹川鳴知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11765
• 代理人: 徐軍科

本發明公開了一種鋰離子電池鋰枝晶在線監測方法及系統，包括金屬鋰片、鋁塑膜封裝袋、鋰參比電極、負極極耳和正極極耳。本發明的有益效果是：通過前期應用三電極測試系統，通過負極電位準確標記測試工況下析鋰的開始容量位置和持續容量，并與鋰離子電池的端電壓相對應。因此在實際應用時，只需檢測實際工況下的端電壓，并通過系統轉換成負極電位，即可實時監測鋰離子電池的析鋰狀況，從而監測鋰枝晶的生成。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池監測方法，具體為一種鋰離子電池鋰枝晶在線監測方法及系統，屬于鋰離子電池在線監測技術領域。

背景技術

由于鋰離子電池具有能量密度大、自放電小、循環壽命長、綠色環保等優點，在各個領域均獲得廣泛應用。應用條件的復雜多變也對鋰離子電池提出了更高的要求，尤其是安全性能。鋰離子電池在低溫條件和大倍率應用時容易產生鋰枝晶，威脅電池安全。現有的技術檢測鋰枝晶時，一般是將電池拆解，然后觀察負極極片表面，觀測是否有鋰枝晶生成。在線實時檢測技術采用超聲或X射線，分析鋰電池厚度或表面，從而判斷是否有鋰枝晶生成。

鋰離子電池在低溫或大倍率條件下使用時，容易引起鋰電池析鋰，嚴重時形成鋰枝晶，鋰枝晶可刺穿隔膜，造成內部短路。因此需要在線實時監測或提前判斷鋰離子電池的析鋰現象，從而避免因鋰枝晶刺穿隔膜造成短路引發安全問題。然而通過拆解的方法，取出負極極片在通過SEM、XDS等觀測鋰枝晶，不僅操作難度大，而且成本昂貴，因此需要能在線實時且簡便的檢測方法。

而現有的在線技術方案，均存在一定的弊端和隱患。無論是采用超聲還是X線，均需要大型精密儀器，且一次測試的鋰離子電池數量非常有限，測試成本高，對測試環境要求高，不適用于商業化應用。而通過在線測試內阻等方法，判斷析鋰，需要停機使用特定方法檢測，且內阻受影響因素多，難以準確判斷析鋰狀況。

基于此，本申請提出一種鋰離子電池鋰枝晶在線監測方法及系統。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決問題而提供一種鋰離子電池鋰枝晶在線監測方法及系統。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：一種鋰離子電池鋰枝晶在線監測系統，所述在線監測系統采用三電極測試電池進行監測，所述三電極測試電池由金屬鋰片、鋁塑膜封裝袋、鋰參比電極、負極極耳和正極極耳構成；所述金屬鋰片包裹在鋁塑膜封裝袋內，所述金屬鋰片與鋰參比電極的一端進行連接，所述鋰參比電極的另一端伸出在鋁塑膜封裝袋的尾端外側，所述鋁塑膜封裝袋的前端設置有負極極耳和正極極耳，且所述負極極耳位于正極極耳的一側；

其監測方法包括以下步驟：

1)根據鋰離子電池的應用工況設計測試項目，比如0℃1C循環測試；

2)每項測試項目至少選取1支相應鋰離子電池；

3)待測試的鋰離子電池以金屬鋰為第三參比電極，制成三電極測試電池；

4)制成的三電極測試電池按照設計的測試項目進行測試，測試時采集項至少包含電池端電壓和負極電位；

5)當出現負極電位低于設定閾值時，記錄時間，當負極電位高于設定閾值，再次記錄時間，并計算這段時間內的電量和SOC；

6)運用拆解電池對負極進行微觀檢測或其他方法，驗證負極析鋰，修正負極電位的設定閾值；

7)若未出現負極電位低于閾值則繼續測試，直至出現負極電位低于閾值或測試結束；

8)將各個工況測試中負極電位低于設定閾值時的值以及其對應端電壓，存入電池管理系統中；

9)應用時，電池管理系統實時監測工況和電池端電壓，當檢測到工況下端電壓與存入的值接近或重合時，即發出析鋰報警，停止運行。