一种评估电池N/P比设计下限的方法

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种评估电池N/P比设计下限的方法。

背景技术

尽管随着新能源汽车的不断增多，锂离子电池(LIB)受到了越来越多的关注，锂离子电池的正负极设计对电池性能的使用具有重要意义，因此选择适当的N/P比比，对于抑制LIB的总发热量，提高电池循环稳定性，降低成本起到重要的作用。N/P比设计过大会消耗过多活性锂，降低电池容量，造成设计冗余，提高成本；N/P比设计过小，电池放热过大，锂离子析出，循环寿命下降等问题也会对电池造成极大的安全隐患。

出于对电池设计成本考虑，设计合理的锂离子电池N/P比，提高锂离子电池性能具有巨大的挑战。目前现有关于N/P比设计主要集中于扣电、三电极装置及三元材料的小电流体系，缺少对实际产品及倍率条件下的应用，因此无法提供准确的N/P比下限评判标准。

发明内容

为了解决上述所涉及N/P比下限设计方法存在的弊端，本发明提供一种评估电池N/P比设计下限的方法，本发明的方法区别于其他发明无法准确界定N/P比下限等问题，提供一种不同温度循环充放电方案，从而有效提高N/P比下限准确度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种评估电池N/P比设计下限的方法，所述方法包括以下步骤：

1)制备不同N/P比梯度电池；

2)对步骤1)得到的电池充电至适当SOC后进行EIS阻抗测试，记录阻抗数据；

3)在一定温度下，对完成步骤2)的电池进行梯度充放电实验；

4)对完成步骤3)的电池充电至适当SOC后进行EIS阻抗测试，记录阻抗数据；

5)对完成步骤4)的电池充满电后解剖，记录界面信息，确定N/P比下限。

本发明中，通过EIS阻抗对比，解剖电池观察界面是否析锂判断，析锂则达到下限。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，不同N/P比梯度为1.04、1.08与1.12。

作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，对初始电池充电至50％ SOC后进行EIS阻抗测试。

作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，在-10℃或25℃条件下，对电池进行充放电实验。

作为本发明的一种优选方案，对电池进行1.2/1.5C恒流充电，0.5C恒流放电循环5周测试。

作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，完成步骤3)后的电池充电至100％ SOC进行EIS阻抗测试。

作为本发明的一种优选方案，所述方法用于检测锂离子电池，钠离子电池或锌离子电池。

作为本发明的一种优选方案，所述电池为6Ah磷酸铁锂软包电池。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明的方法简单，每步工序都可以进行调控。

2)采用本发明的方法探索N/P比下限准确度高，能有效节约电池设计成本，判定电池安全性能，提高电池循环性能。

3)本发明的方法可以大规模或工业化应用。

4)本发明采用室温/低温双通道循环测试，并采用EIS阻抗测试及解剖方案判断电池的析锂情况，可以更加准确的判断电池在不同条件下的N/P比下限。

附图说明

图1是初始电池EIS对比图。

图2是循环后电池EIS对比图。

图3是1.04N/P比循环后负极界面图。

图4是1.08N/P比循环后负极界面图。

图5是1.12N/P比循环后负极界面图。

图6是-10℃条件循环后不同N/P比循环后界面图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于理解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明提供一种评估电池N/P比设计下限的方法，本发明的方法区别于其他发明无法准确界定N/P比下限等问题，提供一种不同温度循环充放电方案，从而有效提高N/P比下限准确度。

实施例1

本实施例提供的一种评估电池N/P比设计下限的方法，包括以下步骤：

(1)所采用的电池正极为磷酸铁锂，负极为石墨，工作电压区间为2.5V～3.65V。

(2)根据正负极片重量对面密度进行筛选匹配，制备N/P比为1.04软包电池。

(3)将完成制备的电池0.5C恒流充电至50％ SOC后进行EIS测试，频率选择0.01～2000000Hz，由图1可知，初始电池N/P比越低欧姆内阻越大，电荷转移及扩散内阻基本一致。

(4)将完成初始EIS测试后的电池在25±2℃条件下搁置16h，确保温度平衡后，电池以0.5C恒流放电至2.5V，静置1h。电池以1.2C恒流充电至3.65V，静置15min，以0.5C恒流放电至2.5V，静置15min，此充放电循环5周。最后以1.2C恒流恒压充电至3.65V，截止电流0.05C。

(5)对循环后的电池取出，在室温条件下搁置16h确保温度平衡后进行EIS测试，如图2所示，循环后的电池欧姆内阻明显增大，电荷转移内阻及扩散内阻基本不变，而其他N/P比电池变化较小，这表明1.04N/P比电池内部可能出现析锂。

(6)随后对电池进行解剖，由图3可知，当N/P比设计为1.04时，室温条件下1.2CC/0.5CD(即1.2C恒流充电，0.5C恒流放电，下同)循环五周后界面出现明显白色析锂，与EIS数据基本一致，电池安全性严重下降。

实施例2

本实施例提供的一种评估电池N/P比设计下限的方法，包括以下步骤：

(1)所采用的电池正极为磷酸铁锂，负极为石墨，工作电压区间为2.5V～3.65V；

(2)根据正负极片重量对面密度进行筛选匹配，制备N/P比为1.08软包电池。

(3)将完成制备的电池0.5C恒流充电至50％ SOC后进行EIS测试，频率选择0.01～2000000Hz。

(4)将完成初始EIS测试后的电池在25±2℃条件下搁置16h，确保温度平衡后，电池以0.5C恒流放电至2.5V，静置1h。电池以1.2C恒流充电至3.65V，静置15min，以0.5C恒流放电至2.5V，静置15min，此充放电循环5周。最后以1.2C恒流恒压充电至3.65V，截止电流0.05C。

(5)对循环后的电池取出，在室温条件下搁置16h确保温度平衡后进行EIS测试。

(6)随后对电池进行解剖，由图4可知，当N/P比设计为1.08时，室温条件下1.2CC/0.5CD循环五周后界面较1.04有所缓解但仍然存在析锂，电池安全性下降。

实施例3

本实施例提供的一种评估电池N/P比设计下限的方法，包括以下步骤：

(1)所采用的电池正极为磷酸铁锂，负极为石墨，工作电压区间为2.5V～3.65V；

(2)根据正负极片重量对面密度进行筛选匹配，制备N/P比为1.12软包电池。

(3)将完成制备的电池0.5C恒流充电至50％ SOC后进行EIS测试，频率选择0.01～2000000Hz。

(4)将完成初始EIS测试后的电池在25±2℃条件下搁置16h，确保温度平衡后，电池以0.5C恒流放电至2.5V，静置1h。电池以1.2C恒流充电至3.65V，静置15min，以0.5C恒流放电至2.5V，静置15min，此充放电循环5周。最后以1.2C恒流恒压充电至3.65V，截止电流0.05C。

(5)对循环后的电池取出，在室温条件下搁置16h确保温度平衡后进行EIS测试。

(6)随后对电池进行解剖，由图5可知，当N/P比设计为1.12时，室温条件下1.2CC/0.5CD循环五周后界面较1.04/1.08改善较多，界面基本无析锂。

实施例4

本实施例提供的一种评估电池N/P比设计下限的方法，包括以下步骤：

为了进一步准确判定N/P比下限；

(1)将N/P比为1.04/1.08/1.12电池在-10±2℃条件下搁置16h，确保温度平衡后，电池以0.5C恒流放电至2.5V，静置1h。电池以1.2C恒流充电至3.65V，静置15min，以0.5C恒流放电至2.5V，静置15min，此充放电循环5周。最后以1.2C恒流恒压充电至3.65V，截止电流0.05C。

(2)随后对电池进行解剖，由图6解剖界面可知(图6中，a是N/P比设计为1.04，b是N/P比设计为1.08，c是N/P比设计为1.12)，当N/P比设计为1.12时，界面基本无析锂，电池安全性良好，1.08/1.04界面已经出现大面积析锂，电池安全性下降。

综上所述，本发明实施例的评估锂离子电池N/P比设计下限的方法，利用电池EIS及观察不同条件循环后的负极界面的方法具有直观、准确、可行的特点。可以根据不同N/P比电池在对应环境(温度、倍率)下EIS和界面测评结果判断N/P比下限范围。

本发明不仅适用于锂离子电池N/P比下限评估，对于钠离子电池及锌离子电池等同样类似机理的电池系统一样适用。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。