權(quán)利要求

1.快速評(píng)估鋰離子軟包電池體系循環(huán)性能的方法，其特征在于，包括下述步驟： 第一步，采用不同的正極材料制備得到不同的鋰離子軟包電池； 第二步，在預(yù)設(shè)溫度環(huán)境下，以預(yù)設(shè)恒電流I1，對(duì)第一步中得到的不同的鋰離子軟包電池進(jìn)行恒流充電，直至充電到預(yù)設(shè)電壓U1，然后以預(yù)設(shè)電壓U1進(jìn)行恒壓充電，截止電流為I2，然后以電流I3進(jìn)行放電，放電深度X% DOD，此為一個(gè)完整循環(huán)； 第三步，按照第二步的步驟重復(fù)進(jìn)行循環(huán)N圈，循環(huán)N圈后對(duì)電池的厚度膨脹率進(jìn)行檢測(cè)，得到不同的鋰離子軟包電池循環(huán)后的厚度膨脹率； 第四步，當(dāng)不同的鋰離子軟包電池循環(huán)后的厚度膨脹率之間的差值大于預(yù)設(shè)膨脹率時(shí)，比較不同的鋰離子軟包電池的厚度膨脹率的大小，鋰離子軟包電池的厚度膨脹率越大，則鋰離子軟包電池的循環(huán)性能越差，反之，鋰離子軟包電池的厚度膨脹率越小，則電池的循環(huán)性能越好； 若循環(huán)后不同的鋰離子軟包電池的厚度膨脹率之間的差值小于預(yù)設(shè)膨脹率，則繼續(xù)循環(huán)，每循環(huán)M圈后繼續(xù)對(duì)不同的鋰離子軟包電池的厚度膨脹率進(jìn)行檢測(cè)，直至不同的鋰離子軟包電池的厚度膨脹率之間的差值大于預(yù)設(shè)膨脹率；此時(shí)，比較不同的鋰離子軟包電池的厚度膨脹率的大小，鋰離子軟包電池的厚度膨脹率越大，則鋰離子軟包電池的循環(huán)性能越差，反之，鋰離子軟包電池的厚度膨脹率越小，則鋰離子軟包電池的循環(huán)性能越好。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速評(píng)估鋰離子軟包電池體系循環(huán)性能的方法，其特征在于，第二步中預(yù)設(shè)溫度為20-70℃；預(yù)設(shè)恒電流I1的取值范圍為大于0小于2C，預(yù)設(shè)電壓U1的取值范圍為大于等于4.45V小于4.6V；截止電流I2的取值范圍為大于0小于0.1C；電流I3的取值范圍為大于0小于2C；放電深度X% DOD中X的取值范圍大于等于1小于等于10。 

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速評(píng)估鋰離子軟包電池體系循環(huán)性能的方法，其特征在于，第三步中，所述N的取值范圍為大于等于100小于等于1000，M的取值范圍為大于等于10小于等于200。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速評(píng)估鋰離子軟包電池體系循環(huán)性能的方法，其特征在于，第四步中，預(yù)設(shè)膨脹率為2-5%。

說(shuō)明書(shū)

快速評(píng)估鋰離子軟包電池體系循環(huán)性能的方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池領(lǐng)域，具體涉及一種快速評(píng)估鋰離子軟包電池體系循環(huán)性能的方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作，具有高比能量密度、高使用電壓、長(zhǎng)循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)。鋰離子電池的用途也越來(lái)越廣，在消費(fèi)類產(chǎn)品、電動(dòng)車(chē)和儲(chǔ)能等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。雖然鋰離子電池在使用過(guò)程中有自身的限制，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，鋰離子電池的性能也得到了顯著的改善。

循環(huán)性能作為鋰離子電池關(guān)鍵電性能之一，其性能情況一直備受關(guān)注。因此一個(gè)快速評(píng)估鋰離子電池循環(huán)性能的方法，將具有很重要的意義和可觀的現(xiàn)實(shí)使用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種快速評(píng)估鋰離子軟包電池體系循環(huán)性能的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種快速評(píng)估鋰離子軟包電池體系循環(huán)性能的方法，包括下述步驟：

第一步，采用不同的正極材料制備得到不同的鋰離子軟包電池；

第二步，在預(yù)設(shè)溫度環(huán)境下，以預(yù)設(shè)恒電流I1，對(duì)第一步中得到的不同的鋰離子軟包電池進(jìn)行恒流充電，直至充電到預(yù)設(shè)電壓U1，然后以電壓U1進(jìn)行恒壓充電，截止電流為I2，然后以電流I3進(jìn)行放電，放電深度X% DOD，此為一個(gè)完整循環(huán)；

第三步，按照第二步的步驟重復(fù)進(jìn)行循環(huán)N圈，循環(huán)N圈后對(duì)電池的厚度膨脹率進(jìn)行檢測(cè)，得到不同的鋰離子軟包電池循環(huán)后的厚度膨脹率；

第四步，當(dāng)不同的鋰離子軟包電池循環(huán)后的厚度膨脹率之間的差值大于預(yù)設(shè)膨脹率時(shí)，比較不同的鋰離子軟包電池的厚度膨脹率的大小，鋰離子軟包電池的厚度膨脹率越大，則鋰離子軟包電池的循環(huán)性能越差，反之，鋰離子軟包電池的厚度膨脹率越小，則電池的循環(huán)性能越好；

若循環(huán)后不同的鋰離子軟包電池的厚度膨脹率之間的差值小于預(yù)設(shè)膨脹率，則繼續(xù)循環(huán)，每循環(huán)M圈后繼續(xù)對(duì)不同的鋰離子軟包電池的厚度膨脹率進(jìn)行檢測(cè)，直至不同的鋰離子軟包電池的厚度膨脹率之間的差值大于預(yù)設(shè)膨脹率；此時(shí)，比較不同的鋰離子軟包電池的厚度膨脹率的大小，鋰離子軟包電池的厚度膨脹率越大，則鋰離子軟包電池的循環(huán)性能越差，反之，鋰離子軟包電池的厚度膨脹率越小，則鋰離子軟包電池的循環(huán)性能越好。

第二步中預(yù)設(shè)溫度為20-70℃；預(yù)設(shè)恒電流I1的取值范圍為大于0小于2C，預(yù)設(shè)電壓U1的取值范圍為大于等于4.45V小于4.6V；截止電流I2的取值范圍為大于0小于0.1C；電流I3的取值范圍為大于0小于2C；放電深度X% DOD中X的取值范圍大于等于1小于等于10。

第三步中，所述N的取值范圍為大于等于100小于等于1000，M的取值范圍為大于等于10小于等于200。

第四步中，預(yù)設(shè)膨脹率為2-5%，預(yù)設(shè)膨脹率的設(shè)定是為了使不同材料制得的鋰離子軟包電池循環(huán)后的厚度循環(huán)率之間的差值足夠明顯，從而能夠區(qū)分不同的材料制備的鋰離子軟包電池的性能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

隨著鋰離子電池電壓和所處環(huán)境溫度的升高，鋰離子電池中的副反應(yīng)速率增加，隨之產(chǎn)生氣體量也會(huì)隨之增加，造成鋰離子軟包電池發(fā)生鼓脹現(xiàn)象，主要由以下三方面所引起：1.正極金屬離子氧化電解液：高電壓下正極金屬離子氧化性增強(qiáng)，易與電解液發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生CO2和CO等氣體，造成鋰離子電池鼓脹。2.電解液在高溫下發(fā)生熱分解：電解液中部分溶劑和添加劑在高溫下結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，自身發(fā)生分解反應(yīng)，產(chǎn)生氣體。3. 高溫下負(fù)極SEI膜破壞及修復(fù)：

負(fù)極SEI膜在高溫下發(fā)生分解和修復(fù)，該副反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生H 2和烷烴等氣體。

上述三種副反應(yīng)都會(huì)消耗鋰離子電池中的活性鋰離子，活性鋰離子的消耗會(huì)造成鋰離子電池放電容量的降低，也就是鋰離子電池循環(huán)性能的劣化。

常規(guī)鋰離子電池循環(huán)性能需要以100%DOD進(jìn)行測(cè)試，以放電容量保持率進(jìn)行表征，整個(gè)循環(huán)測(cè)試周期需要4-8個(gè)月，循環(huán)測(cè)試周期過(guò)長(zhǎng)，嚴(yán)重影響鋰離子電池的開(kāi)發(fā)效率。

本專利中通過(guò)改變鋰離子軟包電池所處環(huán)境溫度和保持鋰離子電池在一個(gè)相對(duì)較高的電壓區(qū)間內(nèi)進(jìn)行脈沖循環(huán)，以鋰離子軟包電池鼓脹程度判斷鋰離子電池中活性鋰離子的損失程度，從而快速評(píng)價(jià)鋰離子軟包電池的循環(huán)性能,循環(huán)測(cè)試周期時(shí)間為5-20天，可以大幅度縮短循環(huán)測(cè)試周期，對(duì)比出不同材料的鋰離子軟包電池循環(huán)性能的差別，加快鋰離子電池的評(píng)測(cè)效率。

附圖說(shuō)明

圖1為基于本發(fā)明提供的一種快速評(píng)估鋰離子電池體系循環(huán)性能的方法，在實(shí)施例1中，不同型號(hào)鈷酸鋰軟包電池按照實(shí)施例1中方法得到的厚度膨脹率-循環(huán)圈數(shù)變化曲線示意圖；

圖2為基于常規(guī)測(cè)試中不同型號(hào)鈷酸鋰軟包電池在45℃溫度下的循環(huán)性能測(cè)試曲線示意圖；

圖3為基于本發(fā)明提供的一種快速評(píng)估鋰離子電池體系循環(huán)性能的方法，在實(shí)施例2中，不同型號(hào)鈷酸鋰軟包電池按照實(shí)施例2中方法得到的厚度膨脹率-循環(huán)圈數(shù)變化曲線示意圖；

圖4為常規(guī)測(cè)試中，不同型號(hào)鈷酸鋰軟包電池在45℃溫度下的循環(huán)性能測(cè)試曲線示意圖；

圖5為基于對(duì)比例1提供的一種快速評(píng)估鋰離子電池體系循環(huán)性能的方法，不同型號(hào)鈷酸鋰軟包電池基于厚度膨脹率-循環(huán)天數(shù)變化曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和最佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1: 一種快速評(píng)估鋰離子電池體系循環(huán)性能的方法，具體包括下述步驟：

第一步，采用不同制備方法得到的鈷酸鋰材料(LiCoO 2)材料A、材料B和材料C，匹配石墨負(fù)極進(jìn)完成系列不同3Ah鋰離子軟包電池的制作。

第二步，在45℃環(huán)境下，以預(yù)設(shè)恒電流1.6A，對(duì)鋰離子軟包電池進(jìn)行恒流充電，直至充電到預(yù)設(shè)電壓4.45V，然后以4.45V進(jìn)行恒壓充電，截止電流為100mA，然后以電流1A進(jìn)行放電，放電深度5% DOD，此為一個(gè)完整循環(huán)。

第三步，重復(fù)上述循環(huán)200圈，循環(huán)200圈后對(duì)電池的厚度膨脹率進(jìn)行檢測(cè)，得到不同材料制備的鋰離子軟包電池循環(huán)后的厚度膨脹率。

第四步，循環(huán)200圈后測(cè)試不同的鋰離子軟包電池循環(huán)后的厚度膨脹率之間的差值小于預(yù)設(shè)膨脹率4%，繼續(xù)循環(huán)，每循環(huán)200圈繼續(xù)對(duì)厚度膨脹率進(jìn)行檢測(cè)，直至檢測(cè)第5次時(shí)，即循環(huán)至1000圈時(shí)，不同材料制得的鋰離子軟包電池厚度膨脹率之間的差值大于預(yù)設(shè)膨脹率4%，此時(shí)，對(duì)不同材料制得的鋰離子軟包電池的循環(huán)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，鋰離子軟包電池的厚度膨脹率越大，則鋰離子軟包電池的循環(huán)性能越差，反之，鋰離子軟包電池的厚度膨脹率越小，則鋰離子軟包電池的循環(huán)性能越好。

圖1為三種不同制備方法得到的鈷酸鋰材料按照此循環(huán)制式得到的電池厚度膨脹率和循環(huán)圈數(shù)的變化曲線，參見(jiàn)圖1可知，三種鈷酸鋰材料在此循環(huán)制式下厚度膨脹率隨著循環(huán)圈數(shù)差異明顯，循環(huán)1000圈后，三種鈷酸鋰材料電池的厚度膨脹率為材料A＞材料B＞材料C，說(shuō)明材料C在此循環(huán)制式下產(chǎn)氣程度低于材料A和材料B，材料A和材料B在此循環(huán)過(guò)程中穩(wěn)定性不足。材料A和材料B與電解液發(fā)生副反應(yīng)速率更快，產(chǎn)生了更多的氣體，從而導(dǎo)致電池厚度膨脹率更大，因此，分別使用材料A、B、C制備的鋰離子軟包電池的性能關(guān)系為：電池A＜電池B＜電池C。

圖2是鈷酸鋰電池體系45℃循環(huán)性能的測(cè)試曲線。該循環(huán)測(cè)試方法為0.8C充電至額定電壓，以0.05C的電流截止，然后0.5C放電至3V，此為一個(gè)循環(huán)周期。對(duì)三個(gè)鈷酸鋰材料A、材料B和材料C的鋰離子軟包電池分別進(jìn)行0.5C循環(huán)測(cè)試。循環(huán)性能越好，即循環(huán)放電容量保持率下降越緩慢。從圖2可知，材料C制備的鋰離子軟包電池的容量保持率優(yōu)于材料A和材料B的制備的鋰離子軟包電池容量保持率，三種鈷酸鋰材料制備的鋰離子軟包電池循環(huán)性能的關(guān)系為電池A＜電池B＜電池C。這與圖1得到的規(guī)律結(jié)果一致。

實(shí)施例2

第一步，采用不同的制備方法得到的鈷酸鋰材料(LiCoO 2)材料D、材料E和材料F，匹配石墨負(fù)極進(jìn)完成系列不同2.5Ah鋰離子軟包電池的制作。

第二步，在50℃環(huán)境下，以預(yù)設(shè)恒電流3A，對(duì)鋰離子軟包電池進(jìn)行恒流充電，直至充電到預(yù)設(shè)電壓4.5V，然后以4.5V進(jìn)行恒壓充電，截止電流為125mA，然后以電流1.25A進(jìn)行放電，放電深度2% DOD，此為一個(gè)完整循環(huán)。

第三步，重復(fù)上述循環(huán)200圈，循環(huán)200圈后對(duì)電池進(jìn)行厚度膨脹檢測(cè)，得到鋰離子軟包電池循環(huán)后的厚度膨脹率。

第四步，循環(huán)后不同的鋰離子軟包電池循環(huán)后的厚度膨脹率之間的差值小于預(yù)設(shè)膨脹率2%，繼續(xù)循環(huán)，每循環(huán)200圈對(duì)厚度膨脹率進(jìn)行檢測(cè)，直至檢測(cè)第4次，即循環(huán)至800圈時(shí)，不同材料制得的鋰離子軟包電池厚度膨脹率之間的差值大于預(yù)設(shè)膨脹率2%；

此時(shí)，對(duì)不同材料制得的鋰離子軟包電池的循環(huán)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，鋰離子軟包電池的厚度膨脹率越大，則鋰離子軟包電池的循環(huán)性能越差，反之，鋰離子軟包電池的厚度膨脹率越小，則鋰離子軟包電池的循環(huán)性能越好。

圖3為三種不同制備方法得到的鈷酸鋰材料按照此循環(huán)制式得到的電池厚度膨脹率和循環(huán)圈數(shù)的變化曲線，參見(jiàn)圖3可知，三種鈷酸鋰材料在此循環(huán)制式下厚度膨脹率隨著循環(huán)圈數(shù)差異明顯，循環(huán)800圈后，三種鈷酸鋰材料電池的厚度膨脹率為材料E＞材料D＞材料F，說(shuō)明材料F在此循環(huán)制式下產(chǎn)氣程度低于材料D和材料E，材料D和材料E在此循環(huán)過(guò)程中穩(wěn)定性不足。材料D和材料E與電解液發(fā)生副反應(yīng)速率更快，產(chǎn)生了更多的氣體，從而導(dǎo)致電池厚度膨脹率更大，因此，分別使用材料A、B、C制備的鋰離子軟包電池的性能的關(guān)系為：電池E＜電池D＜電池F。

圖4是鈷酸鋰電池體系45℃循環(huán)性能的測(cè)試曲線。循環(huán)測(cè)試方法為0.8C充電至額定電壓，以0.05C的電流截止，然后0.5C放電至3V，此為一個(gè)循環(huán)周期。對(duì)三個(gè)鈷酸鋰材料D、材料E和材料F的電池分別進(jìn)行0.5C循環(huán)測(cè)試。循環(huán)性能越好，即循環(huán)放電容量保持率下降越緩慢。從圖4可知，材料F制備的鋰離子軟包電池的容量保持率優(yōu)于材料D和材料E制備的鋰離子軟包電池的容量保持率，三種鈷酸鋰材料制備的鋰離子軟包電池的循環(huán)性能的關(guān)系為：電池E＜電池D＜電池F。這與圖3得到的規(guī)律結(jié)果一致，表明此專利涉及的快速評(píng)估方法具有快速有效的評(píng)估能力。

對(duì)比例1：一種評(píng)估鋰離子電池體系循環(huán)性能的方法，具體包括下述步驟：

第一步，采用不能制備方法得到的鈷酸鋰材料(LiCoO 2)材料B和材料C（同實(shí)施例1），匹配石墨負(fù)極進(jìn)完成系列不同3Ah鋰離子軟包電池的制作。

第二步，在45℃環(huán)境下，以預(yù)設(shè)恒電流1.6A，對(duì)鋰離子軟包電池進(jìn)行恒流充電，直至充電到預(yù)設(shè)電壓4.45V，然后以4.45V進(jìn)行恒壓充電。

第三步，每7天后對(duì)電池的厚度膨脹率進(jìn)行檢測(cè)，得到鋰離子軟包電池循環(huán)后的厚度膨脹率。

第四步，當(dāng)不同的鋰離子軟包電池厚度膨脹率之間的差值小于預(yù)設(shè)膨脹率4%時(shí)，則每隔7天對(duì)厚度膨脹率進(jìn)行檢測(cè)，直至不同材料制得的鋰離子軟包電池厚度膨脹率之間的差值大于預(yù)設(shè)膨脹率4%；

此時(shí)，對(duì)不同材料制得的鋰離子軟包電池的循環(huán)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，鋰離子軟包電池的厚度膨脹率越大，則鋰離子軟包電池的循環(huán)性能越差；反之，鋰離子軟包電池的厚度膨脹率越小，則鋰離子軟包電池的循環(huán)性能越好。

圖5為兩種鈷酸鋰材料按照此測(cè)試制式得到的電池厚度膨脹率和測(cè)試時(shí)間的變化曲線，參見(jiàn)圖5可知，兩種鈷酸鋰材料在此測(cè)試制式下厚度膨脹率隨著測(cè)試時(shí)間逐漸增加，測(cè)試98天后，兩種鈷酸鋰材料電池的厚度膨脹率為材料B＞材料C，說(shuō)明材料C在此循環(huán)制式下產(chǎn)氣程度低于材料B，材料B在此循環(huán)過(guò)程中穩(wěn)定性不足，但是該方法的測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，按照實(shí)施例1完成1000周循環(huán)測(cè)試需要時(shí)間為20天，而按照對(duì)比例1中測(cè)試方法，測(cè)試時(shí)間為98天，按照常規(guī)的測(cè)試方法（圖2的方法），測(cè)試1000周需要167天；因此，通過(guò)本專利方法可以更加快速有效的評(píng)估鋰離子電池體系循環(huán)性能。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。