一种锂离子电池充电控制方法及锂离子电池

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池充电控制方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因其高电压、高能量密度、轻质量、无记忆等特点，广泛应用于各类3C数码设备中。但是，长时间高温高压或者浮充会导致电池厚度膨胀过大，进而导致产品功能失效甚至引发火灾等严重问题。

降低锂离子电池膨胀最有效的措施就是降低满充电压以使得产品带电量稍低，这样可以降低锂离子电池的各种副反应。但目前锂离子电池执行满充电压降压的方式多来源于经验所得，并未严格的根据锂离子电池的特性进行评估后确定更为合适的降压方式，降压时机选取不准确，难以均衡降压所带来的容量损失，同时也存在降压滞后导致电池膨胀过早问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池充电控制方法及锂离子电池，降压时机合适，能更好地均衡锂离子电池降压所带来的容量损失，避免降压滞后导致电池膨胀过早问题。

本发明公开了一种锂离子电池充电控制方法，方法包括：

获取锂离子电池的使用时间t；

当0≤t≤T1,以第一满充电压V1对锂离子电池充电；

当T1＜t,以第二满充电压V2对锂离子电池充电；

其中,V2＜V1；T1为锂离子电池的第一膨胀率拐点时间。

可选地，方法包括：当T1＜t≤T2,以第二满充电压V2对锂离子电池充电；其中，T2为锂离子电池的第二膨胀率拐点时间。

可选地，方法包括：当T2＜t≤T3,以第三满充电压V3对锂离子电池充电；其中，T3为锂离子电池的第三膨胀率拐点时间。

可选地，方法包括：当T3＜t≤T4,以第四满充电压V4对锂离子电池充电；其中，T4为锂离子电池的第四膨胀率拐点时间。

可选地，方法包括：当T4＜t≤T5,以第五满充电压V5对锂离子电池充电；其中，T5为锂离子电池的第五膨胀率拐点时间。

可选地，T2＝T1+ΔT；其中，ΔT＝(B1-A1)*(1-β)，A1为第一满充电压V1下锂离子电池膨胀的拐点时间，B1为第二满充电压V2下锂离子电池膨胀的拐点时间，β取值范围为0％～20％。

可选地，T3＝T1+2ΔT，T4＝T1+3ΔT，T5＝T1+4ΔT。

可选地，V2＝V1-ΔV，V3＝V1-2ΔV，V4＝V1-3ΔV，V5＝V1-4ΔV，ΔV为0.03V-0.1V。

可选地，ΔV为0.05V；V1、V2、V3、V4、V5分别为4.45V、4.4V、4.35V、4.3V、4.25V。

本发明还公开了一种锂离子电池，采用了如上述的锂离子电池充电控制方法。

本发明的锂离子电池充电控制方法以锂离子电池的膨胀率拐点时间为依据，根据锂离子电池的使用时间和第一膨胀率拐点时间，调整当前锂离子电池的满充电压，保证其电容量的同时，降压时机合适，避免锂离子电池在使用过程中由于当前满充电压与当前锂离子电池状态不匹配导致电池膨胀过早的问题。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本发明实施例35℃下锂离子电池膨胀与时间关系图；

图2是本发明实施例45℃下锂离子电池膨胀与时间关系图。

具体实施方式

需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。

下面参考附图和可选的实施例对本发明作详细说明。

作为本发明的一实施例，公开了一种锂离子电池充电控制方法，方法包括：

获取锂离子电池的使用时间t；

当0≤t≤T1,以第一满充电压V1对锂离子电池充电；

当T1＜t,以第二满充电压V2对锂离子电池充电；

其中,V2＜V1；T1为锂离子电池的第一膨胀率拐点时间。

本发明的锂离子电池充电控制方法，通过获取锂离子电池的使用时间t，判断锂离子电池目前的使用时间，当锂离子电池使用时间较短，即0≤t≤T1时，以较高的满充电压即第一满充电压V1对锂离子电池充电，保证其电容量。当T1＜t，则以低于第一满充电压V1的第二满充电压V2对锂离子电池充电，从而让当前的满充电压匹配当前累积使用时间的锂离子电池，保证其电容量的同时，避免降压时机不合适例如降压滞后导致电池膨胀过早的问题。其中，T1为锂离子电池的第一膨胀率拐点时间，第一膨胀率拐点时间为锂离子电池在使用过程中膨胀的对应时间节点，该第一膨胀率拐点时间可以通过实验测试锂离子电池使用过程中膨胀率对应时间得到。

即本发明的锂离子电池充电控制方法以锂离子电池的膨胀率拐点时间为依据，根据锂离子电池的使用时间和第一膨胀率拐点时间，动态调整当前锂离子电池的满充电压，保证其电容量的同时，降压时机合适，避免锂离子电池在使用过程中由于当前满充电压与当前锂离子电池状态不匹配导致电池膨胀过早的问题。

具体地，对于锂离子电池的膨胀率拐点时间的确定，可以通过实验测试得到。而锂离子电池具体膨胀率达到多少为膨胀率拐点，可以根据不同的锂离子电池特性或锂离子实际使用需求设定，例如设定锂离子电池膨胀率达到7％时为膨胀率拐点，该7％既可以是锂离子电池时间膨胀率曲线图中的膨胀率曲线的其一拐点位置，也可以是根据该锂离子实际使用需求自行设定，例如某款锂离子电池在达到7％膨胀率后若仍然采用第一满充电压V1充电，会导致膨胀率急剧上升。当然，以上示例只是为了本领域技术人员便于理解锂离子电池膨胀率拐点时间的确定，膨胀率拐点并不局限于上述示例的7％，例如其还可以是2％、4％、6％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、40％等等。

可选地，方法还包括：当T1＜t≤T2,以第二满充电压V2对锂离子电池充电；其中，T2为锂离子电池的第二膨胀率拐点时间。随着锂离子电池的使用时间累积，锂离子电池膨胀会逐渐严重，膨胀率会对应升高，为了进一步优化锂离子电池的满充充电电压，保证其电容量的同时，避免锂离子电池快速膨胀，在T1～T2期间内,皆以第二满充电压V2对锂离子电池充电；其中，T2为锂离子电池的第二膨胀率拐点时间，从而让当前满充电压与当前锂离子电池状态匹配，保证其电容量的同时，避免锂离子电池快速膨胀。

具体而言，在T1～T2期间内，通过第二满充电压V2对锂离子电池充电，可以有效地限制电池内部发生不良反应的可能性，以保护电池的寿命。同时电池能够在更短的时间内被充满电，从而提高了充电的效率。

可选地，方法还包括：当T2＜t≤T3,以第三满充电压V3对锂离子电池充电；其中，T3为锂离子电池的第三膨胀率拐点时间。在本方案中，进一步根据当前锂离子电池膨胀率状态，调整优化锂离子电池的满充充电电压。具体而言，为了进一步优化锂离子电池的满充充电电压，保证其电容量的同时，避免锂离子电池快速膨胀，在T2～T3期间内,皆以第三满充电压V3对锂离子电池充电；其中，T3为锂离子电池的第三膨胀率拐点时间，从而进一步让当前满充电压与当前锂离子电池状态匹配，保证其电容量的同时，避免锂离子电池快速膨胀。

具体地，采用第三满充电压V3对锂离子电池进行充电，在锂离子电池的第三膨胀率拐点时间T3前，可以更充分地充电，使锂离子电池的膨胀率得到有效控制。而在锂离子电池的第三膨胀率拐点时间T3之后，膨胀率进一步上升，此时若继续使用第三满充电压V3充电可能会导致电池快速膨胀，影响电池的性能和安全性。

在实际应用中，对于锂离子电池的膨胀率，选择合适的满充电压来延长电池的使用寿命和保证电池的安全性。采用第三满充电压V3需要在膨胀率拐点时间T3之前，调整满充电压，以确保锂离子电池的膨胀率得到有效的控制。

可选地，方法还包括：当T3＜t≤T4,以第四满充电压V4对锂离子电池充电；其中，T4为锂离子电池的第四膨胀率拐点时间。在本方案中，进一步根据当前锂离子电池膨胀率状态，调整优化锂离子电池的满充充电电压。具体而言，为了进一步优化锂离子电池的满充充电电压，保证其电容量的同时，避免锂离子电池快速膨胀，在T3～T4期间内,皆以第四满充电压V4对锂离子电池充电；其中，T4为锂离子电池的第四膨胀率拐点时间，从而进一步让当前满充电压与当前锂离子电池状态匹配，保证其电容量的同时，避免锂离子电池快速膨胀。

可选地，方法包括：当T4＜t≤T5,以第五满充电压V5对锂离子电池充电；其中，T5为锂离子电池的第五膨胀率拐点时间。在本方案中，进一步根据当前锂离子电池膨胀率状态，调整优化锂离子电池的满充充电电压。具体而言，为了进一步优化锂离子电池的满充充电电压，保证其电容量的同时，避免锂离子电池快速膨胀，在T4～T5期间内,皆以第五满充电压V5对锂离子电池充电；其中，T5为锂离子电池的第五膨胀率拐点时间，从而进一步让当前满充电压与当前锂离子电池状态匹配，保证其电容量的同时，避免锂离子电池快速膨胀。

具体地，T2＝T1+ΔT；其中，ΔT＝(B1-A1)*(1-β)，A1为第一满充电压V1下锂离子电池膨胀的拐点时间，B1为第二满充电压V2下锂离子电池膨胀的拐点时间，β取值范围为0％～20％。在本方案中，结合图1和图2所示的锂离子电池膨胀率曲线图，其中可以得到A、B组锂离子电池的厚度膨胀的时间拐点A1和B1，并预留β的天数缓冲(buffer)，其中β取值范围在0％～20％，得到T2＝T1+△T，△T＝(B1-A1)*(1-β)。更具体地，T3＝T1+2ΔT，T4＝T1+3ΔT，T5＝T1+4ΔT。通ΔT的设置，可以快速准确地得到T2～T5。

具体地，V2＝V1-ΔV，V3＝V1-2ΔV，V4＝V1-3ΔV，V5＝V1-4ΔV，ΔV为0.03V-0.1V。优选地，ΔV为0.05V；V1、V2、V3、V4、V5分别为4.45V、4.4V、4.35V、4.3V、4.25V。

在实际使用时，锂离子电池的使用温度会发生变化，本发明的锂离子电池充电控制方法还可以进一步与锂离子电池的使用温度结合，更合理地根据温度区间设置的降压时间。

为了方便理解本发明的技术方案，本发明还公开了上述的锂离子电池充电控制方法的实验测试推导过程：

Step1:实测35℃和45℃降压数据

分别在35℃和45℃下进行嵌套循环测试(其具体测试方法参考下表1)，每个使用温度下分别测试2种满充电压条件，A组电池为满充电压，B组电池为降压50mV后的组别。每个温度下可以分别得到A、B组厚度膨胀率随时间的变化关系(如下图1和图2)。

表1嵌套循环测试方法，模拟电脑使用场景

Step2:根据实测数据得到35℃和45℃下的降压模式

在上图1和图2中可以得到A、B组的厚度膨胀的时间拐点A1和B1，通过A1拐点的天数，预留α的天数缓冲(buffer)，其中α取值范围在0％～20％,得到该温度下合适的第一阶段降压时间T1＝A1*(1-α)，通过降压之后拐点天数之差，并预留β的天数缓冲(buffer)，其中β取值范围在0％～20％，得到该温度下合适的第二阶段的降压时间T2＝T1+△T，△T＝(B1-A1)*(1-β)。依次类推，该温度下合适的第三阶段降压时间为T3＝T1+2△T，该温度下合适的第四阶段降压时间为T4＝T1+3△T，该温度下合适的第五阶段降压时间为T5＝T1+4△T,降压的时间为锂离子电池累计使用的时间，一般为了平衡降压带来的容量损失，每次降压50mV,累计4～5次降压后停止降压，得到的降压模式如下表2。

表2 35℃和45℃温度下的降压模式

Step3:在表2基础上进行不同温度区间关系转换

在实际使用时，锂离子电池的使用温度会发生变化，锂离子电池根据温度区间设置合理的降压时间，下一步则进行温度区间和时间关系推导，常规根据化学反应速率，温度每升高10℃，化学反应速率提高2～4倍，这个数值就是温度之间的转换系数K,从图1和图2实际测试数据来看，满电电压下，35℃下膨胀(swelling)的拐点天数是140天(A1点),45℃下的膨胀(swelling)的拐点天数是35D，35℃下的使用天数是45℃下使用天数的4倍；

降压50mV后35℃下膨胀(swelling)的拐点天数是252天(B1)，45℃下的膨胀(swelling)的拐点天数是63天，35℃下的使用天数是45℃下使用天数的4倍，与理论基本相符(不同电压体系会有差异，需要实测得出)。因此得出该化学体系每增加10℃的温度转化系数K1＝4(即温度每增加1摄氏度的温度转化系数K为0.4),按照此关系合理推测30℃下使用天数约是35℃下的0.5K1倍，温度转换系数为0.5K1,由此推导出以下不同温度区间的降压表格，得到第一个温度段30℃下的第一阶和第二阶使用时间，这里的时间可以根据情况预留γ的天数缓冲(buffer)(γ取值范围在0％～20％),得到表3。

表3不同温度区间的降压模式

Step4:在表3基础上进行修正，得到最终不同温度区间的降压模式

按照锂离子电池的使用惯例，通常会以第一个温度段设置为基准，设置第一阶段的降压的时间和之后间隔降压的时间△T

表4不同温度区间的降压模式

本发明还公开了一种锂离子电池，采用了如上述的锂离子电池充电电压降压方法。

需要说明的是，本方案中涉及到的各步骤的限定，在不影响具体方案实施的前提下，并不认定为对步骤先后顺序做出限定，写在前面的步骤可以是在先执行的，也可以是在后执行的，甚至也可以是同时执行的，只要能实施本方案，都应当视为属于本发明的保护范围。

以上内容是结合具体的可选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。