一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法

一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法

《一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法》是合肥國軒高科動力能源有限公司於2011年1月12日申請的發明專利，該專利申請號為2011100058634，公布號為CN102117937A，專利公布日為2011年7月6日，發明人是賀狄龍、張良新、饒曉東、郭小燭。

《一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法》屬鋰離子電池技術領域。其目的是提供一種可以利用充電態擱置來有效篩選自放電大的磷酸鐵鋰電池的方法。其技術要點是：在含有磷酸鐵鋰的複合正極中，添加質量分數為磷酸鐵鋰0.5wt％～5wt％的高電壓平台的層狀鋰鎳鈷錳氧化物或尖晶石狀鋰鎳錳氧化物，以石墨作負極，組裝成磷酸鐵鋰電池；將電池充滿電後於20～45℃環境溫度下擱置；記錄擱置前後的電壓和擱置時間；計算擱置前後的電壓差或單位時間內的電壓變化值；確定同期擱置的自放電大電池的電壓差或者單位時間內電壓變化的臨界值，判斷電壓差或者單位時間內的電壓變化值大於該臨界值的電池自放電大。

2016年1月，《一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法》獲得第四屆安徽專利獎優秀獎。

（概述圖為《一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法》的摘要附圖）

基本介紹

  • 中文名：一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法
  • 公布號：CN102117937A
  • 公布日：2011年7月6日
  • 申請號：2011100058634
  • 申請日：2011年1月12日
  • 申請人：合肥國軒高科動力能源有限公司
  • 地址：安徽省合肥市瑤海工業區緯D路7號
  • 發明人：賀狄龍、張良新、饒曉東、郭小燭
  • 代理機構：合肥誠興智慧財產權代理有限公司
  • 代理人：宣聖義
  • Int.Cl.：H01M10/058(2010.01)I、B07C5/344(2006.01)I
  • 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,

專利背景

隨著石油資源的日趨枯竭，發展以電作為動力源的電動汽車來取代現行的燃油汽車已成為一種必然的趨勢，而作為電動汽車的核心部件——動力電池其重要性顯得尤為突出。
鋰離子動力電池因其能量密度高、自放電小、使用壽命長等特點，成為電動汽車用動力電池研發的重點對象。截至2011年1月，套用於電動汽車上的動力電池主要有兩大類：一種是錳酸鋰動力電池，另一種是磷酸鐵鋰動力電池。而磷酸鐵鋰電池因其優越的安全性能、超長的循環壽命和穩定的電壓平台等優異性能占據了電動汽車動力電池的主要市場。
電動汽車用動力電池需要將多個容量小、電壓低的單體電池通過串/並聯的方式組合成容量高、電壓高的電池組，單體電池的一致性差別直接決定了電池組的性能。截至2011年1月，判斷電池一致性的參數主要有內阻、電壓差、容量差以及電池的自放電率等，其中前三個參數相對都容易獲取，電池的自放電率主要以單位時間內的電壓差來表征。電池的自放電主要是由於電池內部形成了微短路造成的，電池在充電態時由於電芯膨脹微短路會表現很明顯，而在放電態可能由於電芯的收縮，微短路也隨之降低或消失。磷酸鐵鋰電池由於電壓平台非常穩定，只有在放電末期才會出現電壓的快速下降，其放電曲線如圖1。所以，磷酸鐵鋰電池的自放電篩選只有利用放電後擱置來計算自放電率，但這種方法並不能很好地篩選出磷酸鐵鋰電池自放電大的電池。

發明內容

專利目的

《一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法》的目的在於克服2011年1月之前技術中利用放電態擱置不能很好的篩選自放電大的磷酸鐵鋰電池的缺點，提供一種可以利用充電態擱置來有效篩選自放電大的磷酸鐵鋰電池的方法。

技術方案

《一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法》其特徵在於：
1）在含有磷酸鐵鋰的複合正極中，添加質量分數為磷酸鐵鋰0.5wt%~5wt%的高電壓平台的層狀鋰鎳鈷錳氧化物或尖晶石狀鋰錳氧化物，以石墨作負極，組裝成磷酸鐵鋰電池；
2）將電池充滿電後於20~45℃環境溫度下擱置；
3）記錄擱置前後的電壓和擱置時間；
4）計算擱置前後的電壓差或者單位時間內的電壓變化值；
5）確定同期擱置的自放電大的電池電壓差或者單位時間內電壓變化的臨界值，判斷電壓差或者單位時間內的電壓變化值大於該臨界值的電池自放電大。

改善效果

第一，在磷酸鐵鋰中添加電壓平台高於磷酸鐵鋰的層狀鋰鎳鈷錳氧化物或尖晶石狀鋰鎳錳氧化物，可有效解決磷酸鐵鋰電池由於電壓平台過於平緩造成自放電篩選困難的難題。
第二，可以利用電池在充電態擱置來判斷電池的自放電大小，避免了放電態擱置由於電芯收縮無法將自放電大電池挑選出來的問題。該發明有效提高了電池成組的一致性，操作簡單，可靠性高，便於工業生產套用。

附圖說明

圖1是2011年1月之前的磷酸鐵鋰電池放電曲線圖；
圖2是添加3wt％LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的磷酸鐵鋰電池放電曲線圖；
圖3是添加5wt％LiMn2O4的磷酸鐵鋰電池放電曲線圖。

權利要求

1.《一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法》其特徵在於：
1）在含有磷酸鐵鋰的複合正極中，添加質量分數為磷酸鐵鋰0.5wt%~5wt%的高電壓平台的層狀鋰鎳鈷錳氧化物或尖晶石狀鋰錳氧化物，以石墨作負極，組裝成磷酸鐵鋰電池；
2）將電池充滿電後於20~45℃環境溫度下擱置；
3）記錄擱置前後的電壓和擱置時間；
4）計算擱置前後的電壓差或者單位時間內的電壓變化值；
5）確定同期擱置的自放電大的電池電壓差或者單位時間內電壓變化的臨界值，判斷電壓差或者單位時間內的電壓變化值大於該臨界值的電池自放電大。
2.根據權利要求1所述的一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法，其特徵在於：所述層狀鋰鎳鈷錳氧化物為LixNi1-y-zCoyMnzO2，其中0.95≤x≤1.1,0＜y≤0.35,0.2≤z≤0.5。
3.根據權利要求1所述的一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法，其特徵在於：所述尖晶石狀鋰錳氧化物為LiMn2O4。
4.根據權利要求1所述的一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法，其特徵在於：所述步驟2）中將電池充滿電是指，對電池以恆定電流0.2~1C充電至3.65~3.9伏，至電流達到截至電流0.01~0.05C時，結束充電。5.根據權利要求1所述的一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法，其特徵在於：所述步驟3）中的擱置時間為3~20天。

實施方式

  • 實施例1
在含有磷酸鐵鋰的複合正極中，添加質量分數為磷酸鐵鋰3wt％的層狀鋰鎳鈷錳氧化物LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2，以石墨作負極，組裝成磷酸鐵鋰電池。電池放電曲線如圖2。對電池以恆定電流0.33C充電至3.65伏，然後在3.65伏的恆定電壓下充電至電流達到截至電流0.02C時，結束充電；測量並記錄電壓，將電池在25±2℃的環境下擱置10天，再次測量並記錄電壓；計算電壓差和單位時間內的電壓變化值（K值），確定自放電大電池擱置10天的電壓差或者單位時間內電壓變化的臨界值為40毫伏或4毫伏/天，判斷電壓差或者單位時間內電壓變化大於該臨界值的電池自放電大。結果見表1。
表1
電池編號
擱置前電壓（伏）
擱置後電壓（伏）
電壓差（毫伏）
擱置天數（天）
K值（毫伏/天）
結論
1
3.633
3.621
12
10
1.2
正常
2
3.635
3.619
16
10
1.6
正常
3
3.636
3.625
11
10
1.1
正常
4
3.632
3.618
14
10
1.4
正常
5
3.631
3.617
14
10
1.4
正常
6
3.629
3.572
57
10
5.7
異常
7
3.632
3.615
17
10
1.7
正常
8
3.634
3.612
21
10
2.1
正常
9
3.628
3.61
18
10
1.8
正常
10
3.636
3.615
21
10
2.1
正常
11
3.633
3.611
22
10
2.2
正常
12
3.632
3.609
23
10
2.3
正常
13
3.631
3.579
52
10
5.2
異常
14
3.635
3.617
18
10
1.8
正常
15
3.633
3.615
18
10
1.8
正常
16
3.63
3.611
19
10
1.9
正常
17
3.621
3.62
12
10
1.2
正常
18
3.637
3.613
24
10
2.4
正常
19
3.629
3.615
14
10
1.4
正常
20
3.63
3.613
17
10
1.7
正常
  • 實施例2
在含有磷酸鐵鋰的複合正極中，添加質量分數為磷酸鐵鋰5wt％的尖晶石狀鋰錳氧化物LiMn2O4，以石墨作負極，組裝成磷酸鐵鋰電池。電池放電曲線如圖3。對電池以恆定電流0.33C充電至3.8伏，然後在3.8伏的恆定電壓下充電至電流達到截至電流0.02C時，結束充電；測量並記錄電壓，將電池在25±2℃的環境下擱置10天，再次測量並記錄電壓；計算電壓差和和單位時間內的電壓變化值（K值），確定自放電大電池擱置10天的電壓差或者單位時間內電壓變化的臨界值為40毫伏或4毫伏/天，判斷電壓差或者單位時間內電壓變化大於該臨界值的電池自放電大。結果見表2。
表2
電池編號
擱置前電壓（伏）
擱置後電壓（伏）
電壓差（毫伏）
擱置天數（天）
K值（毫伏/天）
結論
1
3.783
3.76
23
10
2.3
正常
2
3.78
3.758
22
10
2.2
正常
3
3.785
3.76
25
10
2.5
正常
4
3.781
3.759
22
10
2.2
正常
5
3.778
3.755
23
10
2.3
正常
6
3.781
3.757
24
10
2.4
正常
7
3.785
3.761
24
10
2.4
正常
8
3.779
3.76
19
10
1.9
正常
9
3.778
3.75
28
10
2.8
正常
10
3.78
3.757
23
10
2.3
正常
11
3.781
3.754
27
10
2.7
正常
12
3.782
3.755
27
10
2.7
正常
13
3.781
3.755
26
10
2.6
正常
14
3.782
3.757
25
10
2.5
正常
15
3.784
3.765
19
10
1.9
正常
16
3.77
3.751
26
10
2.6
正常
17
3.781
3.707
74
10
7.4
異常
18
3.78
3.749
31
10
3.1
正常
19
3.784
3.757
27
10
2.7
正常
20
3.782
3.754
28
10
2.8
正常

榮譽表彰

2016年1月，《一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法》獲得第四屆安徽專利獎優秀獎。

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