鋰離子電池可逆及不可逆產熱同時測試的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別涉及鋰離子電池可逆及不可逆產熱同時測 試的方法。
【背景技術】
[0002] 鋰離子電池在使用過程中，隨著充放電的進行，電池會發生產熱，一部分來自于電 化學反應熵變產熱，一部分來自于電池阻抗產熱，前者為可逆熱，而后者為不可逆熱，對兩 種產熱的分別測試及研究有利于對電池狀態的評估及設計的優化，還適用于衰減及失效電 池的原因分析中。
[0003]目前，對于可逆及不可逆熱的測試都是分別進行的，可逆產熱速率主要是根據測 得的溫熵系數進行計算，如式（1);不可逆產熱速率則是在測得電池的阻抗后根據式（2)進 行計算得到，因而測試周期較長。
[0005] qirrev=I2R(2)
[0006]式中，
[0007] qrav為電池的可逆產熱速率，w;
[0008] I為電流，A;
[0009] T為環境溫度（在絕熱加速量熱儀中，T也等于電池溫度），K;
[0010] 祕相T為電池的溫熵系數，mV·KS
[0011] qimv為電池的不可逆產熱速率，w;
[0012] R為電池阻抗，Ω。
【發明內容】
[0013] 為了解決現有技術的問題，本發明目的是提供鋰離子電池可逆及不可逆產熱同時 測試的方法，可實現一定荷電態、一定溫度、一定充放電電流下可逆及不可逆產熱的同時檢 測。
[0014] 基于上述問題，本發明提供的技術方案是：
[0015] 鋰離子電池可逆及不可逆產熱同時測試的方法，包括以下步驟：
[0016] (1)溫度T條件下，將待測鋰離子電池在電流I下充放電至荷電態為S0C;
[0017](2)稱量待測鋰離子電池的質量，然后在待測鋰離子電池上焊接正負極耳，將待測 鋰離子電池置于絕熱加速量熱儀的熱腔中，將熱電偶固定在鋰離子電池表面的中心位置， 同時將鋰離子電池的正負極耳端通過導線連接到充放電測試儀上，記錄的鋰離子電池的電 壓和電流數據；
[0018](3)運行絕熱加速量熱儀，設定開始溫度、結束溫度、溫度步長、斜率敏感度和等待 時間，其中溫度步長為零；
[0019] (4)當絕熱加速量熱儀溫度穩定后，運行充放電測試儀并設定正弦電流的振幅ΙΜΡ 和頻率f，對鋰離子電池進行電流擾動，其中正弦電流的振幅
[0020] (5)將采集的鋰離子電池表面溫度數據對應充放電時間作圖，通過傅立葉變換分 離得到與正弦電流頻率f和2f-致的溫度振幅數據，即可逆和不可逆產熱導致的鋰離子電 池表面溫度增長最大值ATrav、ATimv;
[0021] (6)根據以下關系式計算可逆和不可逆產熱量：
[0022] Q=Cp*m·ΔΤ
[0023] 式中，
[0024] Q為電池產熱量，J;
[0025] Cp為電池比熱，J·g1 ·KS
[0026] m為電池質量，g;
[0027] ΔT為可逆熱導致的電池表面溫度增長值，K/°C。
[0028] 在其中的一個實施例中，所述步驟（2)中開始溫度設為T，結束溫度大于開始溫度 且兩者的差值至少為5°C。
[0029] 在其中的一個實施例中，所述步驟（2)中斜率敏感度為0. 02°C/min。
[0030] 在其中的一個實施例中，所述步驟（2)中等待時間至少為15min。
[0031 ] 在其中的一個實施例中，所述步驟（4)中的頻率f為：
[0033] 其中：
[0034]
，為電池在正弦電流ΙΜΡ及頻率f充放電時，產生 的荷電態變化率，％;
[0035] 為正弦電流振幅，mA;
[0036] I為充放電電流，與正弦電流的有效電流相等，mA;
[0037]f為正弦電流頻率，Hz;
[0038] Cact為電池容量，mAh。
[0039] 在其中的一個實施例中，所述步驟（4)中正弦充放電的循環次數至少為20次。
[0040] 本發明的工作原理：電池的可逆產熱速率qrav與電流I成正比，不可逆產熱速率 qimv與電流I的平方成正比，當在電池上施加正弦電流時，可逆產熱導致的電池溫度變化 與電流變化頻率一致，而不可逆熱導致的電池溫度變化頻率則為2f，因此可以通過對電池 施加正弦電流，對測得的電池表面溫度隨時間變化的數據進行傅立葉變換，分離得到不同 頻率下的溫度變化數據，從而可以將可逆及不可逆產熱導致的電池溫度變化進行分離并同 時測定。
[0041] 與現有技術相比，本發明的優點是：
[0042] 采用本發明的技術方案，通過將電池充放電儀與絕熱加速量熱儀聯用，可在短時 間內實現對鋰離子電池可逆及不可逆產熱的同時測試，可以大大提高測試效率。
【附圖說明】
[0043] 為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技 術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0044] 圖1為本發明實施例1鋰離子電池表面溫度隨時間的變化關系圖；
[0045] 圖2為本發明實施例1傅立葉變換后鋰離子電池表面溫度隨頻率的變化圖。
【具體實施方式】
[0046] 以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用于說明 本發明而不限于限制本發明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據具體廠家的條件做 進一步調整，未注明的實施條件通常為常規實驗中的條件。
[0047] 本發明進行鋰離子電池可逆及不可逆產熱同時測試的方法中，所用的設備為英國 THT的絕熱加速量熱儀EV+BatteryCalorimeter和Arbin充放電儀，待測電池選用商業化 的三元體系18650鋰離子電池。
[0048] 實施例1
[0049] (1)溫度30°C條件下，將待測鋰離子電池在電流707mA下充放電至荷電態為30%;
[0050] (2)稱量待測鋰離子電池的質量，然后在待測鋰離子電池上焊接正負極耳，將待測 鋰離子電池置于絕熱加速量熱儀的熱腔中，將熱電偶固定在鋰離子電池表面的中心位置， 同時將鋰離子電池的正負極耳端通過導線連接到充放電測試儀上，記錄的鋰離子電池的電 壓和電流數據；
[0051](3)運行絕熱加速量熱儀，設定開始溫度為T= 30°C、結束溫度為T+5 = 35°C、溫 度步長為〇、斜率敏感度為〇. 〇2°C/min和等待時間為15min;
[0052] (4)當絕熱加速量熱儀溫度穩定后，S卩10分鐘內的溫度波動范圍< 0. 02°C，運行 充放電測試儀并設定正弦電流的振幅和頻率f，對鋰離子電池進行電流擾動，其中正弦
頻率f則根據在指定電流下充放電時，由于充放電而導 致的電池的荷電態變化小于5%來自由選擇，正弦充放電的循環次數設定為20次，電池荷 電態S0C的變化率由下式計算，此處選擇f為2mHz，計算得出ΔS0C為3. 16%，
[0054]式中：
[0055] ΔS0C為電池在正弦電流及頻率f充放電時，產生的荷電態變化率，％ ;
[0056] 為正弦電流振幅，mA;
[0057] I為要考察的充放電電流大小，與正弦電流的有效電流相等，mA;
[0058]f為正弦電流頻率，Hz;
[0059] Cact為電池容量，mAh。
[0060] (5)如圖1所示，將采集的鋰離子電池表面溫度數據對應充放電時間作圖，如圖2 所示，通過傅立葉變換分離得到與正弦電流頻率f和2f的溫度振幅數據，即可逆和不可逆 產熱導致的鋰離子電池表面溫度增長最大值ΔTrav= 0. 206、ΔTimv= 0. 034 ;
[0061] (6)根據以下關系式Q=Cp*m·ΔΤ計算可逆產熱量為8. 487J，不可逆產熱量為 1. 401J〇
[0062] 鋰離子電池可逆及不可逆產熱量的計算結果如表一所示：
[0063] 表一鋰離子電池可逆及不可逆產熱量
[0064]
[0065] 上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人是 能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精 神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 裡離子電池可逆及不可逆產熱同時測試的方法，其特征在于包括W下步驟： (1) 溫度T條件下，將待測裡離子電池在電流I下充放電至荷電態為SOC; (2) 稱量待測裡離子電池的質量，然后在待測裡離子電池上焊接正負極耳，將待測裡離 子電池置于絕熱加速量熱儀的熱腔中，將熱電偶固定在裡離子電池表面的中屯、位置，同時 將裡離子電池的正負極耳端通過導線連接到充放電測試儀上，記錄的裡離子電池的電壓和 電流數據； (3) 運行絕熱加速量熱儀，設定開始溫度、結束溫度、溫度步長、斜率敏感度和等待時 間，其中溫度步長為零； (4) 當絕熱加速量熱儀溫度穩定后，運行充放電測試儀并設定正弦電流的振幅1胃和 頻率f，對裡離子電池進行電流擾動，其中正弦電流的振幅lampsVI1; (5) 將采集的裡離子電池表面溫度數據對應充放電時間作圖，通過傅立葉變換分離得 到與正弦電流頻率f和2f-致的溫度振幅數據，即可逆和不可逆產熱導致的裡離子電池表 面溫度增長最大值 (6) 根據W下關系式計算可逆和不可逆產熱量： Q二Cp·m·ΔT 式中， Q為電池產熱量，J; Cp為電池比熱，J·gi·κ?;m為電池質量，g; AΤ為可逆熱導致的電池表面溫度增長值，K/°C。2. 根據權利要求1所述的裡離子電池可逆及不可逆產熱同時測試的方法，其特征在 于：所述步驟（2)中開始溫度設為T，結束溫度大于開始溫度且兩者的差值至少為5°C。3. 根據權利要求1所述的裡離子電池可逆及不可逆產熱同時測試的方法，其特征在 于：所述步驟（2)中斜率敏感度為0. 02°C/min。4. 根據權利要求1所述的裡離子電池可逆及不可逆產熱同時測試的方法，其特征在 于：所述步驟似中等待時間至少為15min。5. 根據權利要求1所述的裡離子電池可逆及不可逆產熱同時測試的方法，其特征在 于：所述步驟（4)中的頻率f為：(ASOC小于 5% ) 其中：為電池在正弦電流1胃及頻率f充放電時，產生的荷 電態變化率，％ ; Lmp為正弦電流振幅，mA; I為充放電電流，與正弦電流的有效電流相等，mA;f為正弦電流頻率，Hz; C。。,為電池容量，mAh。6.根據權利要求1所述的裡離子電池可逆及不可逆產熱同時測試的方法，其特征在 于：所述步驟（4)中正弦充放電的循環次數至少為20次。
【專利摘要】本發明公開了鋰離子電池可逆及不可逆產熱同時測試的方法，通過將絕熱加速量熱儀和充放電測試儀聯用，測試鋰離子電池在一定荷電態、一定溫度、一定充放電電流下的可逆及不可逆產熱。本發明提供的鋰離子電池可逆及不可逆產熱同時測試的方法，可同時測試鋰離子電池可逆產熱和不可逆產熱，測試效率高。
【IPC分類】G01R31/36
【公開號】CN105242213
【申請號】CN201510684220
【發明人】熊永蓮, 嚴軍, 高豪杰, 厲馮鵬, 夏基勝
【申請人】鹽城工學院
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月20日