一种锂电池容量衰减无损分析方法与流程

本发明涉及锂离子电池，具体而言，涉及一种锂电池容量衰减无损分析方法。

背景技术：

1、锂离子电池作为当前应用最为广泛的新能源电池，具有制造成本低、能量密度大以及工作寿命长等优点。其主要通过li+在正极和负极之间移动来工作。然而随着循环的进行，锂离子电池往往会因为正极材料、负极材料以及活性锂的损失，呈现出容量衰减的趋势。在电芯开发的重要阶段，能够准确有效的分析导致其循环发生衰减的原因，将会对长循环电芯的开发工作起到十分重要的意义。

2、目前，锂离子电池循环衰减分析主要分为有损分析和无损分析，有损分析是对电芯形貌、结构和成分的分析。其可以直接观察到电池内部的变化，但有损分析需要解剖电池，会对电池产生不可逆的破坏。

3、基于此，准确高效的无损分析方法受到广泛研究。无损分析包括充放电曲线、增量容量分析、差分电压分析、流阻抗分析。这些分析方法需要获取足够多的电性能数据，且电性能数据存在一定程度的极化情况，在一定程度上不能完全真实的反应电芯整体情况，从而不能准确分析容量损失的原因。

4、因此，目前急需一种能快速、简单且准确的无损分析方法，来反应电芯循环衰减原因和程度的分析方法。

5、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种锂电池容量衰减无损分析方法，以解决或改善上述技术问题。

2、本发明可这样实现：

3、本发明提供一种锂电池容量衰减无损分析方法，包括以下步骤：

4、s1：将待测电芯所使用的正极材料制作成半电池，对半电池进行充电和放电，分别获得充电过程和放电过程中半电池的正极电压-容量曲线；

5、s2：对所得的正极电压-容量曲线进行均一化处理，得到均一化的正极电压-容量曲线；对均一化的正极电压-容量曲线求微分，获得dv/dq-q曲线；

6、s3：将待测电芯进行充电，记录第2圈充电过程以及第n圈充电过程中，待测电芯在不同容量下对应的厚度值σ，获得第2圈电芯厚度-容量曲线以及第n圈电芯厚度-容量曲线，其中，n＞2；

7、s4：分别对第2圈电芯厚度-容量曲线以及第n圈电芯厚度-容量曲线进行求微分，获得第2圈dσ/dq-q曲线以及第n圈dσ/dq-q曲线；

8、s5：按以下方式确定活性锂损失lli、正极材料损失lam正极以及负极材料损失lam负极的表征区间：

9、将第2圈dσ/dq-q曲线按照以下方式放大：以第2圈dv/dq-q曲线中第1波峰位所对应的容量为q1，取q1所对应的第2圈dv/dq-q曲线中的dv/dq值为d正，取q1所对应的第2圈dv/dq-q曲线中的dσ/dq值为d全，放大系数k2＝d正/d全；将第2圈dσ/dq-q曲线的dσ/dq值乘以系数k2，得第2圈dσ/dq-q放大曲线；待测电芯对应的第2圈dσ/dq-q放大曲线中，q≤q1的区间为负极材料损失的表征区间，q＞q1的区间为活性锂损失的表征区间；

10、以第2圈dv/dq-q曲线中最后一个波峰所对应的容量为q2，待测电芯对应的第2圈dσ/dq-q曲线中，q≥q2的区间为正极材料损失的表征区间；

11、s6：按以下方法计算活性锂损失、正极材料损失以及负极材料损失程度：根据波峰个数，取待测电芯的第n圈dσ/dq-q曲线中与q1对应的波峰容量为q1最后，取待测电芯的第n圈dσ/dq-q曲线中与q2对应的波峰容量为q2最后；q代表第2圈dv/dq-q曲线数据中横坐标的最大q，q最后代表第n圈dv/dq-q曲线数据中横坐标的最大q值；

12、负极材料损失程度lam负极＝1-q1最后/q1；

13、正极材料损失程度lam正极＝1-(q最后-q2最后)/(q-q2)；

14、活性锂损失程度lli＝(1-(q最后-q1最后)/(q-q1))。

15、在可选的实施方式中，s1中，正极材料制作成的半电池中的极片面密度不超过100g/m2。

16、在可选的实施方式中，s1中，充电和放电均独立地在恒流条件下进行。

17、在可选的实施方式中，s1中，充电和放电的倍率均独立地不超过0.05c。

18、在可选的实施方式中，s2中，均一化处理包括：

19、以待测电芯的额定容量除以正极电压-容量曲线中正极材料的充电总容量，得到正极均一化系数k1；

20、将正极电压-容量曲线中的横坐标乘以k1，得到均一化的正极电压-容量曲线。

21、在可选的实施方式中，s3中，至少获取待测电芯第2圈以及第n圈充电过程中不同容量对应的厚度值。

22、在可选的实施方式中，第n圈为充电的最后一圈。

23、在可选的实施方式中，最多每间隔30s获取1次厚度值。

24、在可选的实施方式中，半电池的制作包括：将待测电芯所使用的正极材料与粘结剂以及导电剂混合后，进行匀浆、涂布、烘烤、模切以及组装。

25、在可选的实施方式中，正极材料包括三元正极材料；和/或，粘结剂包括pvdf；和/或，导电剂包括sp。

26、本发明的有益效果包括：

27、本发明创造性地提出了一种锂离子电池容量衰减原因的分析方法，该方法用厚度替换常规的电化学参数来评估电芯的失效行为，厚度作为充放电过程中的物理信息极容易使用机械设备获取，不受电化学测试设备电流稳定性的影响；同时，在充放电过程中电化学参数存在极化的情况，唯有厚度是绝对参数，当前厚度即体现当前电化学状态，具有能反应真实电化学状态的能力。

28、本发明提供的方法操作简单，能够快速、准确、定量判断锂离子电池环过程的衰减原因及程度。

技术特征：

1.一种锂电池容量衰减无损分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的锂电池容量衰减无损分析方法，其特征在于，s1中，所述正极材料制作成的半电池中的极片面密度不超过100g/m2。

3.根据权利要求1所述的锂电池容量衰减无损分析方法，其特征在于，s1中，充电和放电均独立地在恒流条件下进行。

4.根据权利要求1所述的锂电池容量衰减无损分析方法，其特征在于，s1中，充电和放电的倍率均独立地不超过0.05c。

5.根据权利要求1所述的锂电池容量衰减无损分析方法，其特征在于，s2中，均一化处理包括：

6.根据权利要求1所述的锂电池容量衰减无损分析方法，其特征在于，s3中，至少获取待测电芯第2圈以及第n圈充电过程中不同容量对应的厚度值。

7.根据权利要求6所述的锂电池容量衰减无损分析方法，其特征在于，第n圈为充电的最后一圈。

8.根据权利要求6或7所述的锂电池容量衰减无损分析方法，其特征在于，最多每间隔30s获取1次厚度值。

9.根据权利要求1所述的锂电池容量衰减无损分析方法，其特征在于，半电池的制作包括：将待测电芯所使用的正极材料与粘结剂以及导电剂混合后，进行匀浆、涂布、烘烤、模切以及组装。

10.根据权利要求9所述的锂电池容量衰减无损分析方法，其特征在于，所述正极材料包括三元正极材料；和/或，所述粘结剂包括pvdf；和/或，所述导电剂包括sp。

技术总结本发明公开了一种锂电池容量衰减无损分析方法，属于锂离子电池技术领域。该方法包括以下步骤：将待测电芯所使用的正极材料制作成半电池，分别获得充电过程和放电过程中半电池的正极电压‑容量曲线；对上述曲线进行均一化处理，得到均一化的正极电压‑容量曲线；获取dV/dQ‑Q曲线；将待测电芯进行充电，记录待测电芯在不同容量下对应的厚度值σ，获得第2圈及第n圈的电芯厚度‑容量曲线；获取第2圈及第n圈的dσ/dQ‑Q；确定活性锂损失LLI、正极材料损失LAM<subgt;正极</subgt;以及负极材料损失LAM<subgt;负极</subgt;的表征区间；计算活性锂、正极材料及负极材料损失程度。该方法能简单有效地判断锂离子电池循环过程的衰减原因及程度。技术研发人员：赵常,朱高龙,邱越,高艺珂受保护的技术使用者：四川新能源汽车创新中心有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1