一種預測鋰離子電池循環壽命的方法
【專利摘要】本發明涉及一種預測鋰離子電池循環壽命的方法，包括以下步驟：將待評價電池置于要評價的循環條件中進行間歇式循環測試，記錄電池累加的循環次數和循環容量保持率；將間歇式循環測試前的電池以及完成間歇式循環測試的電池轉移到加速量熱儀中進行充電過程中的放熱量測試，記錄電池在充電過程中的溫度變化數據，計算出電池相對于初始態的溫升增長率；根據電池累加的循環次數和循環容量保持率進行數據擬合和計算，對電池循環壽命進行預測。與常規循環測試相比，本發明大大縮短了測試周期，避免了由于長期測試所產生的能耗及資源浪費；另外，由于是在短期實測數據基礎上進行的數據擬合，與純理論計算及經驗模型相比更具有普適性，預測準確度更高。
【專利說明】一種預測鋰離子電池循環壽命的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋰離子電池循環壽命測試【技術領域】，具體涉及一種預測鋰離子電池循環壽命的方法。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池以其能量密度大、工作電壓高、循環壽命長和自放電率低等特點，越來越受到人們的關注，其應用范圍日益擴大，目前鋰離子電池已經從傳統的手機、筆記本電腦、攝像機等普通應用領域，拓展到電動汽車、航天和儲能等方面。
[0003]在對鋰離子電池進行性能測試中，必不可少的也是大家都非常關注的一項測試為循環壽命測試，包括常溫循環、低溫循環、高溫循環測試等，循環壽命測試通常是所有電池性能測試中耗時最長的一項，而且隨著長壽命電池的開發和應用，其常規循環壽命測試所需時間將更加延長。
[0004]在201310223218.9〈 一種通過放熱量測試快速評價鋰離子電池性能的方法 > 發明的基礎上，通過對電池循環過程中的放熱量進行間歇式監測，發現電池的循環次數、容量保持率及溫升增長率間存在一定線性關系，通過對此線性關系進行分析總結和驗證，得到本發明循環壽命預測方法。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于解決上述技術問題而提供一種通過短期測試實現對鋰離子電池循環壽命預測的方法，通過對電池在特定測試條件下進行短期間歇式的循環測試以及對不同循環次數時的電池進行充電過程中的放熱量測試，對收集到的數據進行線性擬合計算，從而實現對電池特定條件下循環壽命的預測。
[0006]本發明是這樣實現的，一種預測鋰離子電池循環壽命的方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1、將待評價電池置于要評價的循環條件中進行間歇式循環測試，記錄電池累加的循環次數和循環容量保持率；
[0008]步驟2、將間歇式循環測試前的電池以及完成間歇式循環測試的電池轉移到加速量熱儀中進行充電過程中的放熱量測試，記錄電池在充電過程中的溫度變化數據，計算出電池相對于初始態的溫升增長率；
[0009]步驟3、根據電池累加的循環次數和循環容量保持率進行數據擬合和計算，對電池循環壽命進行預測:
[0010]I)根據循環容量保持率與溫升增長率的關系擬合出循環容量保持率與溫升增長率的線性關系式，并據此關系式計算出電池容量保持率為80%時對應的電池溫升增長率；
[0011]2)根據累加的循環次數對溫升增長率的關系擬合出循環次數與溫升增長率的線性關系式；
[0012]3)將I)中計算得到的電池溫升增長率代入該循環次數與溫升增長率的關系式，計算出電池容量保持率為80%時對應的循環次數。[0013]優選的，所述間歇式循環測試間隔一定循環次數，停止循環測試時，該電池最好處于放電狀態。
[0014]優選的，所述間歇式循環測試的間隔次數為20-50次。
[0015]本發明通過對電池進行短期間歇式循環及放熱量測試，建立了一種通過短期測試實現對鋰離子電池長期循環壽命預測的方法。該方法可應用于鋰離子電池研發過程中對其在各種不同條件下的循環壽命預測中，從而為電池材料及結構設計優化等提供快速評價手段，縮短因常規循環測試耗時長而導致的性能評估時間長的問題。該方法通過對待評價電池進行短期的間歇式循環測試，并在此過程中選擇一定間隔對電池進行充電過程中的放熱量監測，即可根據循環次數、循環容量保持率及放熱量增長率三個數值間的關系進行擬合計算，從而預測出該電池在特定測試條件下的循環壽命。
[0016]本發明只需將待評價電池置于要評價的循環條件下進行短期的間歇式循環測試以及對不同循環次數下的電池進行充電過程的放熱量監測，根據數據擬合即可實現對電池在特定條件下的循環壽命進行預測；與常規循環測試相比，大大縮短了測試周期，也因此避免了由于長期測試所產生的能耗及資源浪費；另外，本發明預測方法是在短期實測數據基礎上進行的數據擬合，與純理論計算及經驗模型相比更具有普適性，因此預測準確度較高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1所示為循環壽命預測中容量保持率與溫升增長率的關系圖；
[0018]圖2所示為循環壽命預測中溫升增長率與循環次數的關系圖；
[0019]圖3所示為根據短期間歇式測試進行循環壽命預測的容量保持率與溫升增長率的關系圖；
[0020]圖4所示為根據短期間歇式測試進行循環壽命預測的溫升增長率與循環次數的關系圖。
【具體實施方式】
[0021]下面，結合實例對本發明的實質性特點和優勢作進一步的說明，但本發明并不局限于所列的實施例。
[0022]本發明通過對電池進行短期間歇式循環測試，且在循環不同次數時對電池在充電過程中的放熱量測試數據采集，計算得到電池充電過程中的溫升增長率，并根據循環次數及對應的容量保持率，通過數據擬合的方式計算出電池容量保持率為80%時對應的循環次數，從而實現對其循環壽命的預測。
[0023]本發明所述的預測鋰離子電池循環壽命的方法，包括以下步驟:
[0024]步驟1、將待評價電池置于要評價的循環條件中進行間歇式循環測試，記錄電池累加的循環次數和循環容量保持率；
[0025]步驟2、將間歇式循環測試前的電池以及完成間歇式循環測試的電池轉移到加速量熱儀中進行充電過程中的放熱量測試，記錄電池在充電過程中的溫度變化數據，計算出電池相地于初始態的溫升增長率；
[0026]步驟3、根據電池累加的循環次數和循環容量保持率進行數據擬合和計算，對電池循環壽命進行預測；[0027]具體步驟如下；
[0028]I)根據循環容量保持率與溫升增長率的關系擬合出循環容量保持率與溫升增長率的線性關系式，并據此關系式計算出電池容量保持率為80%時對應的電池溫升增長率；
[0029]2)根據累加的循環次數對溫升增長率的關系擬合出循環次數與溫升增長率的線性關系式；
[0030]3)將I)中計算得到的電池溫升增長率代入該循環次數與溫升增長率的關系式，計算出電池容量保持率為80%時對應的循環次數。
[0031]優選的，所述間歇式循環測試間隔一定循環次數時，停止循環測試時，該電池最好處于放電狀態。
[0032]所述間歇式循環測試的間隔循環次數可以設定為任意值，需根據電池循環特性進行優化確定，當電池循環過程中容量衰減較高時，此間隔次數可縮小，但當電池循環過程中容量衰減較低時，可適當增大此間隔次數。
[0033]優選的，所述間歇式循環測試的間隔次數為20-50次。
[0034]下面，以一種鋰離子電池的測試及評價為例，詳細說明本發明。
[0035]本例中，要考察的是18650 (2800mAh)電池在常溫下的0.5C充放循環性能，測試設備為藍電充放電儀及加速量熱儀。
[0036]在藍電充放電儀上設定相應的電池循環流程，充電模式為恒流-恒壓，恒流充電電流為1400mA，截止電壓為4.30V，恒壓充電截止電流為56mA，休眠15min，恒流放電電流為1400mA，截止電壓為3.0V，休眠15min，當循環次數達到25-50次時，電池放電到3.0V即停止。
[0037]將間歇式循環測試前的電池以及上述停止間歇式循環的電池放到加速量熱儀中，引出正負極耳連接到藍電充放電儀上，同時以熱電偶監測電池表面溫度，采集不同循環次數(包括循環次數為O時情形)時電池充電過程中的電壓、電流、容量、溫度數據，計算出電池恒流充電容量，電池溫升(以平均充電IOOOmAh計)，以及相對于初始態的電池溫升增長率。
[0038]利用所述加速量熱儀進行放熱量測試的具體放熱量的測試方法如201310223218.9發明申請文件中所述，在此不再詳述。
[0039]為了充分說明電池循環次數、容量保持率、電池溫升增長率三者之間存在的定性關系，本例中對電池進行的間歇式循環測試持續到電池容量保持率低于80%。
[0040]測試所得數據匯總如下表I。
[0041]
【權利要求】
1.一種預測鋰離子電池循環壽命的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、將待評價電池置于要評價的循環條件中進行間歇式循環測試，記錄電池累加的循環次數和循環容量保持率； 步驟2、將間歇式循環測試前的電池以及完成間歇式循環測試的電池轉移到加速量熱儀中進行充電過程中的放熱量測試，記錄電池在充電過程中的溫度變化數據，計算出電池相對于初始態的溫升增長率； 步驟3、根據電池累加的循環次數和循環容量保持率進行數據擬合和計算，對電池循環壽命進行預測: O根據循環容量保持率與溫升增長率的關系擬合出循環容量保持率與溫升增長率的線性關系式，并據此關系式計算出電池容量保持率為80%時對應的電池溫升增長率； 2)根據累加的循環次數對溫升增長率的關系擬合出循環次數與溫升增長率的線性關系式; 3)將I)中計算得到的電池溫升增長率代入該循環次數與溫升增長率的關系式，計算出電池容量保持率為80%時對應的循環次數。
2.根據權利要求1所述預測鋰離子電池循環壽命的方法，其特征在于，所述間歇式循環測試間隔一定循環次數，停止循環測試時，該電池處于放電狀態。
3.根據權利要求1或2所述預測鋰離子電池循環壽命的方法，其特征在于，所述間歇式循環測試的間隔次數為20-50次。
【文檔編號】G01R31/36GK103698712SQ201310736887
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】李慧芳, 黃家劍, 高俊奎 申請人:天津力神電池股份有限公司