專利名稱：評估鋰二次電池的壽命和安全性的方法
技術領域：
本發明評估鋰二次電池的壽命和安全性的方法屬于二次電池領域，特別是涉及鋰二次 電池的快速評估方法。
技術背景循環壽命和安全性是鋰二次電池的重要指標，現行的電池標準都需要對鋰二次電池的 循環壽命和安全性進行測量。UL1642標準規定，安全性測試項目所用的電池，需要是新的 和充放電循環過的，充放電循環的制度是按照制造商推薦的充放電制度，循環至標稱循環 壽命的25%周次時或連續循環90天終止。IEC標準規定，安全性測試項目所用的電池，需 要是完全充電的和剛生產完的電池；循環測試的制度是1C充放。GB/18287《蜂窩電話用鋰 離子電池總規范》規定，試驗所需電池或電池組的制造期限不應超過3個月；循環測試的 制度是1C充放。QC/T 743—2006《電動道路車輛用鋰離子蓄電池》規定，出廠檢驗，每一 批產品出廠前應在該批產品中隨機抽樣進行出廠檢驗；循環測試的制度是，以1L(A)恒流 充電，至蓄電池電壓達4.2V時轉恒壓充電，至充電電流降至O. 113時停止充電，以1.5I3(A) 電流放電。現在的專利文獻只有介紹如何做安全的鋰電池，如何達到上述標準的安全性能，對于 如何快速地測試和了解電池的安全性，沒有報道。 一般制造商推薦的充放電循環制度，是 0.5 1C充放，也有2C恒流恒壓充電，再按制造商設計的放電倍率放電，如IOC放電，僅 測試壽命，不測試循環后的安全性。現行標準和做法的不足之處是 一、使用新電池做安全性測試，不能反映電池在使用 過程中的安全性；二、按照現行的循環制度先循環再測試電池的安全性，需要很長的時間， 正常生產條件下，不能及時了解電池在將來使用時的安全性能，貨物已經出給客戶。 一般 使用0. 5C充放300周的25%即75周，也需要~20天時間。三、UL1642使用25%循環之后的 電池做安全測試，不能反映電池使用中期和末期的安全性能， 一般循環使用過程中，末期 的安全性能較差。四、不同的循環制度，對電池的安全性影響不同， 一般充放倍率大的制 度循環之后，電池的安全性較差，現在的鋰二次電池一般使用0.5 1C的倍率循環，不能體 現大倍率充放循環之后的安全性能
發明內容
本發明的目的在于避免現有技術的不足之處而提供一種快速簡單的方法，評估鋰二次 電池的壽命和安全性，及時了解鋰二次電池的循環壽命和循環后的安全性能。隨著快充電池的發展，現在己經有6 10C充放電的鋰二次電池。我們在研究開發高安全性快充型聚合物鋰離子電池過程中，發現1. 循環后的電池安全性比新鮮的電池安全性差，并且循環多次數的電池安全性比循環 少次數的電池安全性差剛生產出來的鋰二次電池，在生產過程中僅用小倍率進行充放電， 沒有經過反復多次的充放電循環， 一般的設計都是負極容量比正極容量稍多，負極上不會 產生金屬鋰析出，對新鮮的鋰二次電池做安全性測試，其安全性能較好。鋰二次電池經過 多次充放電循環后，雖然正極片上正極活性物質分布是均勻的或在合適的分布范圍之內， 負極片上負極活性物質分布也是均勻的或在合適的分布范圍之內，并且負極是適當過量的， 但是，在反復多次的充放電循環過程中，電流的分布是不均勻的，在電流分布密集的地方， 負極表面會產生金屬鋰析出，并且是累積的，對循環后的鋰二次電池做安全性測試，其安 全性能較差。2. 大倍率循環過的電池安全性比小倍率循環過的電池安全性差由于電池內部結構不 同和充放電倍率不同，電流在極片上的分布不同，電池經過大倍率充放電循環后，電池不 適應大倍率充放電的地方就會表露出來，在電流分布密集的地方，容易發生析鋰，使電池 的安全性能變差。3. 循環壽命差的電池，循環后安全性差經過大量測試，對循環后的電池分為循環 壽命好的、中等的、差的，再對這些循環后的電池做安全性測試，結果是循環壽命好的電 池，循環后安全性較好；循環壽命差的電池，循環后安全性較差。原因是極片均勻或組裝 良好，在反復多次的充放電循環過程中，負極表面不容易產生金屬鋰析出，循環壽命較好， 循環后的安全性也較好；極片不均勻或組裝不良，在反復多次的充放電循環過程中，電流 的分布也是不均勻的，在負極不足的地方，或在電流分布密集的地方，負極表面會產生金 屬鋰析出，這些析出的金屬鋰變得沒有活性，不能返回正極，循環壽命變得較差，循環后 的安全性也較差。我們提出先用3C以上的倍率對鋰二次電池進行充放電循環，測試其循環壽命，然后 對循環后的電池做安全測試，評估循環后的電池的安全性，能夠快速獲得鋰二次電池的循 環壽命和循環使用后的安全性能，從而在出貨前知道電池循環使用后的安全性，對是否出
貨做出判斷。對于高安全性快充型聚合物鋰離子電池，如果設計放電倍率為IOC，可以使用4C恒流 充電到4.36V截止(也可以4C恒流恒壓充電到4.2V， C/10截止)，擱置5 min， 10C放電 到3V，擱置5min，循環200次，可以在大約5天之內了解電池的快速充放壽命；然后對 循環后的電池做過充電、強制放電、短路、釘刺、熱沖擊、擠壓和重物沖擊的安全性能測 試。1.循環壽命測試使用合適量程的鋰離子電池自動測試系統。 1. 1 4C恒流充電到4.36V截止; 1.2擱置5 min; 1.3 10C放電到3V;1. 4擱置5 min;1.5循環1.廣1.4步驟200次； 1.6結束。2. 安全性能測試對循環后的電池做安全性能測試。下述試驗都應在有強制排風條件、 及防爆措施的裝置內進行。在試驗前所有電池都要按4C恒流充電到4.36V截止，并擱置24h 后，再進行以下試驗。2. 1過充電電池先在23°C ±2°〇下以0. 2C進行放電至終止電壓，將接有熱電偶的電池置于通風櫥 中，然后用不小于10V的電源以4C充電2. 5C/4C h=37. 5 min。試驗過程中監視電池溫度 變化，當電池溫度下降到比峰值低約l(TC時，結束試驗。 2.2強制放電將電池充飽電后，以1C的電流對電池進行反向充電，要求充電時間不低于90min。該 實驗要求在環境溫度為23'C土2"下進行。2.3短路將接有熱電偶的電池置于通風櫥中，短路其正負極(線路總電阻不大于50m Q)，試驗過程中監視電池溫度變化，當電池溫度下降到比室溫高約l(TC時，結束試驗。2.4釘刺將接有熱電偶的電池置于通風櫥中，要求電池平放于一木板上，然后用一 直徑為3-5mm的鋼釘從其中部迅速釘透，試驗過程中監視電池溫度變化，當電池溫度下降 到比峰值溫度低約1(TC時，結束試驗。2.5熱沖擊電池放置于熱箱中，溫度以(5°C±2°C) /min的速率升溫至13(TC土2'C 2.6擠壓將電池放置在兩個平面間經受擠壓，兩側木板厚度應不小于12.7mm，壓力 逐漸增加至13kN士lkN，在最大壓力值時持續時間至少為lmin。2.7重物沖擊電池放置于沖擊臺上，將10kg重錘自lm高度自由落下，沖擊已固定 在夾具中的電池(電池的面積最大的面應與臺面垂直)。安全性能測試項目和條件可以適當增減或變更，可以參照現行的鋰二次電池安全標 準，也可以加嚴測試條件。快速充放電評估鋰二次電池的壽命和安全性的方法，是先用3C以上的倍率對鋰二次 電池進行恒流恒壓充電，用3C以上的倍率放電，測試其循環壽命，然后對循環后的電池做 安全測試，評估循環后的電池的安全性，也可以用6C以上的倍率對鋰二次電池進行充放電 循環，測試其循環壽命，再測試其安全性能。也可以用10C以上的倍率對鋰二次電池進行 充放電循環，測試其循環壽命，再測試其安全性能。先用3C以上的倍率對鋰二次電池進行恒流充電至比標準更高的電壓，用3C以上的倍 率放電。先用3C以上的倍率對鋰二次電池進行充放電循環，循環至標稱循環壽命的30%周次 以上時，再測試其安全性能。是先用3C以上的倍率對鋰二次電池進行充放電循環，測試其循環壽命，再測試其過 充電、或強制放電、或過放電、或反向充電、或短路、或釘刺、或熱沖擊、或熱循環、或 低氣壓、或燃燒試驗、或噴射試驗、或擠壓、或重物沖擊的安全性能。鋰二次電池，包括鈷酸鋰電池、鎳酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、二元正極 鋰電池、三元正極鋰電池、單體電池、電池組。本發明能快速有效地評判鋰二次電池的循環壽命和循環后的安全性能，對保證電池的 壽命和安全性有很大的作用。減少電池存庫等待循環壽命測試和循環后的安全性能測試的 時間，提高資金周轉速度，對生產經營十分有利。
具體實施方式
下面結合具體例子對本發明作進一步說明。 實施例1對于501417HS10C型3. 7V50mAh高安全性快充型聚合物鋰離子電池，設計放電倍率為 IOC，使用4C (200mA)恒流充電到4. 36V截止，擱置5 min， IOC (500mA)放電到3V，擱 置5 min，循環200次，可以在5天之內了解電池的快速充放壽命；然后對循環后的電池 做過充電、強制放電、短路、釘刺、熱沖擊、擠壓和重物沖擊的安全性能測試。具體測試 過程如下l.循環壽命測試使用5V2A量程的鋰離子電池自動測試系統。1.1 4C (200mA)恒流充電到4. 36V截止；1.2擱置5 min;1.3 10C (500mA)放電到3V;1.4擱置5 min;1. 5循環1.廣l. 4步驟200次； 1.6結束。2. 安全性能測試對循環后的電池做安全性能測試。下述試驗都應在有強制排風條件、 及防爆措施的裝置內進行。在試驗前所有電池都要按4C (200mA)恒流充電到4. 36V截止， 并擱置24h后，再進行以下試驗。2. 1過充電電池先在23'C士2。C下以0. 2C進行放電至終止電壓，將接有熱電偶的電池置于通風櫥 中，然后用不小于10V的電源以4C (200mA)充電2. 5C/4C h=37. 5 min。試驗過程中監視 電池溫度變化，當電池溫度下降到比峰值低約IO'C時，結束試驗。 2.2強制放電將電池充飽電后，以1C的電流對電池進行反向充電，要求充電時間不低于90min。該 實驗要求在環境溫度為23'C土2。C下進行。2.3短路將接有熱電偶的電池置于通風櫥中，短路其正負極(線路總電阻不大于50m Q),試驗過程中監視電池溫度變化，當電池溫度下降到比室溫高約IO'C時，結束試驗。2.4釘刺將接有熱電偶的電池置于通風櫥中，要求電池平放于一木板上，然后用一 直徑為3-5mm的鋼釘從其中部迅速釘透，試驗過程中監視電池溫度變化，當電池溫度下降 到比峰值溫度低約IO'C時，結束試驗。 2.5熱沖擊電池放置于熱箱中，溫度以(5°C±2°C) /min的速率升溫至13(TC士2r 并保溫30min。2.6擠壓將電池放置在兩個平面間經受擠壓，兩側木板厚度應不小于12.7rnm，壓力 逐漸增加至13kN土lkN，在最大壓力值時持續時間至少為lmin。
2.7重物沖擊電池放置于沖擊臺上，將10kg重錘自lm高度自由落下，沖擊已固定在夾具中的電池(電池的面積最大的面應與臺面垂直)。實施例2對于452026HS10C型3. 7V130mAh高安全性快充型聚合物鋰離子電池，設計放電倍率為 IOC，使用6C(780mA)恒流充電到4. 20V轉恒壓充電至13mA截止，擱置5min， IOC( 1300mA) 放電到3V，擱置5min，循環200次，可以在5天之內了解電池的快速充放壽命；然后對 循環后的電池做過充電、強制放電、短路、釘刺、熱沖擊、擠壓和重物沖擊的安全性能測 試。具體測試過程如下1.循環壽命測試使用5V2A量程的鋰離子電池自動測試系統。1.1 6C (780mA)恒流充電到4.20V,恒壓充電至13mA截止；1.2擱置5 min;1. 3 10C (1300raA)放電到3V;1.4擱置5 min;1. 5循環1. 1 1. 4步驟200次； 1.6結束。2. 安全性能測試對循環后的電池做安全性能測試。下述試驗都應在有強制排風條件、 及防爆措施的裝置內進行。在試驗前所有電池都要按6C (780mA)恒流充電到4.20V,恒壓 充電至13raA截止，并擱置24h后，再參照實施例1進行安全性能測試，安全性能測試項目 和條件可以適當變更。實施例3對于502026HS20C型3. 7V130mAh高安全性快充型聚合物鋰離子電池，設計放電倍率為 20C，使用IOC (1300mA)恒流充電到4. 40V截止，擱置5 min， 20C (2600mA)放電到3V， 擱置5min，循環200次，可以在3天之內了解電池的快速充放壽命；然后對循環后的電 池做過充電、強制放電、短路、釘剌、熱沖擊、擠壓和重物沖擊的安全性能測試。具體測 試過程如下1.循環壽命測試使用5V2A量程的鋰離子電池自動測試系統。1.1 10C (1300raA)恒流充電到4.40V截止；1. 2擱置5 min;1. 3 20C (2600mA)放電到3V; 1.4擱置5 min;1.5循環1.1 1.4步驟200次；1.6結束。2.安全性能測試對循環后的電池做安全性能測試。下述試驗都應在有強制排風條件、 及防爆措施的裝置內進行。在試驗前所有電池都要按IOC (1300mA)恒流充電到4.40V截 止，并擱置24h后，再參照實施例1進行安全性能測試，安全性能測試項目和條件可以適 當變更。
權利要求
1、一種評估鋰二次電池的壽命和安全性的方法，對鋰二次電池進行充放電循環，測試其循環壽命，然后對循環后的電池做安全測試，其特征是用3C以上的倍率對鋰二次電池進行充放電循環，然后對循環后的電池做安全測試。
2、 根據權利要求1所述的評估鋰二次電池的壽命和安全性的方法，其特征是用3C以上的 倍率對鋰二次電池進行恒流恒壓充電，用3C以上的倍率放電。3、 根據權利要求1所述的評估鋰二次電池的壽命和安全性的方法，其特征是用6C以上的 倍率對鋰二次電池進行充放電循環。4、 根據權利要求1所述的評估鋰二次電池的壽命和安全性的方法，其特征是用10C以上的 倍率對鋰二次電池進行充放電循環。5、 根據權利要求1所述的評估鋰二次電池的壽命和安全性的方法，其特征是用3C以上的 倍率對鋰二次電池進行恒流充電至比標準更高的電壓，用3C以上的倍率放電。6、 根據權利要求l所述的評估鋰二次電池的壽命和安全性的方法，其特征是對循環后的電 池做過充電、強制放電、過放電、反向充電、短路、釘刺、熱沖擊、熱循環、低氣壓、 燃燒試驗、噴射試驗、擠壓、重物沖擊測試。7、 根據權利要求l所述的評估鋰二次電池的壽命和安全性的方法，其特征是；1循環壽命測試使用合適量程的鋰離子電池自動測試系統； 1.1.1 4C恒流充電到4. 36V截止； 1. 1.2擱置5 min; 1.1.3 10C放電到3V; 1.1.4擱置5 min;1. 1. 5循環7. 1. 1 7. 1. 4步驟200次；1. 1.6結束；2. 2安全性能測試對循環后的電池做安全性能測試，下述試驗都應在有強制排風條件、 及防爆措施的裝置內進行；在試驗前所有電池都要按4C恒流充電到4.36V截止，并擱置24h 后，再進行以下試驗；2.2. 1過充電；電池先在23'C士2'C下以0. 2C進行放電至終止電壓，將接有熱電偶的電池置于通風櫥 中，然后用不小于10V的電源以4C充電2.5C/4C， h=37.5min3試驗過程中監視電池溫度 變化，當電池溫度下降到比峰值低約1(TC時，結束試驗； 2.2.2強制放電；將電池充飽電后，以1C的電流對電池進行反向充電，要求充電時間不低于90min;該 實驗要求在環境溫度為23。C士2'C下進行； 2.2.3短路將接有熱電偶的電池置于通風櫥中，短路其正負極，線路總電阻不大于 50mQ,試驗過程中監視電池溫度變化，當電池溫度下降到比室溫高約l(TC時，結束試驗； 2.2.4釘刺將接有熱電偶的電池置于通風櫥中，要求電池平放于一木板上，然后用 一直徑為3-5mm的鋼釘從其中部迅速釘透，試驗過程中監視電池溫度變化，當電池溫度下 降到比峰值溫度低約l(TC時，結束試驗； 2.2.5熱沖擊電池放置于熱箱中，溫度以5°C±2°C/min的速率升溫至13(TC士2'C并 保溫30min; 2.2.6擠壓將電池放置在兩個平面間經受擠壓，兩側木板厚度應不小于12.7mm，壓 力逐漸增加至13kN士lkN，在最大壓力值時持續時間至少為lmin; 2.2.7重物沖擊電池放置于沖擊臺上，將10kg重錘自lm高度自由落下，沖擊己固 定在夾具中的電池。
全文摘要
本發明評估鋰二次電池的壽命和安全性的方法屬于二次電池領域，特別是涉及鋰二次電池的快速評估方法，先用3C以上的倍率對鋰二次電池進行充放電循環，測試其循環壽命，然后對循環后的電池做安全測試，評估循環后的電池的安全性，能夠快速獲得鋰二次電池的循環壽命和循環使用后的安全性能，本發明能快速有效地評判鋰二次電池的循環壽命和循環后的安全性能，對保證電池的壽命和安全性有很大的作用。減少電池存庫等待循環壽命測試和循環后的安全性能測試的時間。
文檔編號G01R31/36GK101398469SQ20081019897
公開日2009年4月1日 申請日期2008年9月28日 優先權日2008年9月28日
發明者張翠芬, 曾石華 申請人:廣州豐江電池新技術有限公司