CN112285137A - 一种锂离子电池全生命周期析锂分布探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池全生命周期析锂分布探测方法，首先在室温下对锂离子电池进行加速寿命测试，在不同的寿命衰减阶段分别利用中子照相系统和CT测量系统获取锂离子电池内部的三维层析图像；然后将不同的寿命衰减阶段中子照相测试系统和CT测量系统得到的三维层析图像进行叠加整合获取锂离子电池内部三维层析图像；最后分析获取的锂离子电池内部三维层析图像上锂在不同位置上的分布情况，进而找出锂离子电池内部影响电池寿命的关键因素。本发明解决传统分析测试方法需要拆解电池观察电池界面的问题，通过中子照相及CT相结合的技术在不破坏锂离子电池结构的前提下分析得到锂电池内部锂的分布，从而实现影响寿命衰减的关键因素直接探测。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体是一种锂离子电池全生命周期析锂分布探测方法。
背景技术
自摇椅式可充放锂电池概念由Armand M等人在1972年提出，锂离子电池的基础研究历经47年。目前，对锂离子电池基础性研究也越来越成熟，然而，锂离子电池作为电动汽车关键零部件之一，对其寿命衰减问题的研究成为一个关键点，例如：析锂、负极表面SEI膜的增厚、可循环锂的损失、活性物质结构的破坏等现象均可导致锂电池寿命的衰减，但要获取这些复杂的反应过程信息，分析存在的问题并提供解决思路，需要依靠有效的测试手段。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子电池全生命周期析锂分布探测方法，以解决现行方法无法实时有效的探测锂离子电池全生命周期析锂分布，不用拆解电池，就能直观的观察锂析出的位置分布及厚度，这将对进一步理解锂离子电池寿命衰减的机理，开发出长寿命性能的锂电池具有重要的意义。
本发明的技术方案为：
一种锂离子电池全生命周期析锂分布探测方法，具体包括有以下步骤：
(1)、在室温下对锂离子电池进行加速寿命测试，在不同的寿命衰减阶段利用中子照相系统获取锂离子电池内部的三维层析图像，同时在不同的寿命衰减阶段利用CT测量系统获取锂离子电池内部的三维层析图像；
(2)、将不同的寿命衰减阶段中子照相测试系统得到的三维层析图像及CT测量系统得到的三维层析图像相互进行叠加整合从而获取锂离子电池内部三维层析图像；
(3)、分析步骤(2)获取的锂离子电池内部三维层析图像上锂在不同位置上的分布情况，进而找出锂离子电池内部影响电池寿命的关键因素。
所述的步骤(1)中，锂离子电池进行加速寿命测试的具体步骤为：首先把锂电池放置在25℃恒温箱中，其电池以1C恒流放电至2.0V，搁置1个小时；然后以1C电流恒流充电至3.65V，转恒压充电，至充电电流降至0.05C后停止充电，搁置1小时；重复上述步骤，循环N周，其中N＝200、400、600…。
所述的步骤(1)中，每隔200周利用中子照相系统获取锂离子电池内部的三维层析图像，同时每隔200周利用X射线CT三维成像系统获取锂离子电池内部的三维层析图像。
所述的步骤(1)中，中子照相系统获取锂离子电池内部的三维层析图像的具体方法为：中子射线穿过锂离子电池时，中子与其中的原子核产生相互作用，透射中子打在闪烁屏上发出的光由反射镜反射到透镜上，然后聚焦在CCD相机上，从而获得锂离子电池内部的三维层析图像。
所述的中子射线的入射方向垂直于锂离子电池，成像面积为10cm×10cm。
所述的步骤(2)中，叠加整合从而获取锂离子电池内部三维层析图像的具体方法为：利用matlab图像叠加算法对中子照相测试系统得到的三维层析图像及CT测量系统得到的三维层析图像进行整合。
所述的步骤(3)中，三维层析图像上锂在不同位置上的分布情况具体包括锂的浓度、形状和位置信息。
本发明的优点：
本发明的理论依据是中子不带电，能轻易的穿透电子层，与原子核发生核反应，对某些轻元素较敏感，对重元素不敏感，而锂金属正好属于轻元素，中子照相容易观察锂的分布，X射线三维CT对重元素较敏感，而对轻元素不敏感，而正负极等材料属于重元素正好能被X射线三维CT识别，将二者联用得到的三维层析图像能反应锂在不同位置上的分布情况。本发明克服传统的分析测试方法需要拆解电池观察电池界面，不能有效观察循环过程中可循环锂的损失(析锂，SEI膜增厚)，本发明通过中子照相及CT相结合的技术能够在不破坏锂离子电池结构的前提下分析得到锂离子电池内部锂的分布，从而实现影响寿命衰减的关键因素直接探测。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种锂离子电池全生命周期析锂分布探测方法，具体包括有以下步骤：
(1)、在室温下对锂离子电池进行加速寿命测试，在不同的寿命衰减阶段利用中子照相系统获取锂离子电池内部的三维层析图像，同时在不同的寿命衰减阶段利用CT测量系统获取锂离子电池内部的三维层析图像；
(2)、将不同的寿命衰减阶段中子照相测试系统得到的三维层析图像及CT测量系统得到的三维层析图像相互进行叠加整合从而获取锂离子电池内部三维层析图像；
(3)、分析步骤(2)获取的锂离子电池内部三维层析图像上锂在不同位置上的分布情况，进而找出锂离子电池内部影响电池寿命的关键因素。
加速寿命测试是根据测试锂电池的循环寿命测试标准，加速测试锂电池的寿命衰减。
需要说明的是，本实施例中结合中子照相系统和CT测量系统对锂电池进行测试的具体过程是指：根据锂电池的循环寿命测试标准，加速测试锂电池的衰减，并在锂电池的衰减过程中，对不同衰减程度的锂电池进行中子照相测试和X射线三维CT，从而进一步探测出锂离子电池内部影响寿命衰减的关键因素。
以对磷酸铁锂LiFePO4锂电池为例，对本实施例中公开的方法进行说明如下：
(1)、选择3只15Ah的LiFePO方形锂电池；
(2)、在25℃恒温箱环境中，电池先以循环倍率为1C即15A的电流放电至2.0V，搁置1个小时；然后以15A电流恒流充电至3.65V，转恒压充电，至充电电流降至0.75A后停止充电,充电结束后搁置1小时；
重复上述步骤，每循环N＝200周后采用中子照相系统和CT测量系统联用获得三维层析图像上锂的分布。根据三维层析图像判断锂离子电池内部锂析出的位置分布及厚度，从而实现了锂离子电池全生命周期过程中锂析出分布的实时、无损检测，对研究所在锂离子电池的劣化机制具有重要的现实意义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种锂离子电池全生命周期析锂分布探测方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：
(1)、在室温下对锂离子电池进行加速寿命测试，在不同的寿命衰减阶段利用中子照相系统获取锂离子电池内部的三维层析图像，同时在不同的寿命衰减阶段利用CT测量系统获取锂离子电池内部的三维层析图像；
(2)、将不同的寿命衰减阶段中子照相测试系统得到的三维层析图像及CT测量系统得到的三维层析图像相互进行叠加整合从而获取锂离子电池内部三维层析图像；
(3)、分析步骤(2)获取的锂离子电池内部三维层析图像上锂在不同位置上的分布情况，进而找出锂离子电池内部影响电池寿命的关键因素。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池全生命周期析锂分布探测方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，锂离子电池进行加速寿命测试的具体步骤为：首先把锂电池放置在25℃恒温箱中，其电池以1C恒流放电至2.0V，搁置1个小时；然后以1C电流恒流充电至3.65V，转恒压充电，至充电电流降至0.05C后停止充电，搁置1小时；重复上述步骤，循环N周，其中N＝200、400、600…。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池全生命周期析锂分布探测方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，每隔200周利用中子照相系统获取锂离子电池内部的三维层析图像，同时每隔200周利用X射线CT三维成像系统获取锂离子电池内部的三维层析图像。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池全生命周期析锂分布探测方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，中子照相系统获取锂离子电池内部的三维层析图像的具体方法为：中子射线穿过锂离子电池时，中子与其中的原子核产生相互作用，透射中子打在闪烁屏上发出的光由反射镜反射到透镜上，然后聚焦在CCD相机上，从而获得锂离子电池内部的三维层析图像。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池全生命周期析锂分布探测方法，其特征在于：所述的中子射线的入射方向垂直于锂离子电池，成像面积为10cm×10cm。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池全生命周期析锂分布探测方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，叠加整合从而获取锂离子电池内部三维层析图像的具体方法为：利用matlab图像叠加算法对中子照相测试系统得到的三维层析图像及CT测量系统得到的三维层析图像进行整合。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池全生命周期析锂分布探测方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，三维层析图像上锂在不同位置上的分布情况具体包括锂的浓度、形状和位置信息。
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|---|---|
| CN (1) | CN112285137A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114092322A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-02-25 | 清华大学 | 异常检测模型生成方法及装置和异常检测方法及装置 |
| CN117253966A (zh) * | 2023-09-26 | 2023-12-19 | 南昌大学 | 一种利用中子辐照在碱金属表面构建稳定界面膜的方法 |
| WO2024031666A1 (zh) * | 2022-08-12 | 2024-02-15 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池浸润状态的检测方法、装置、设备、系统和介质 |
| CN118362898A (zh) * | 2024-04-24 | 2024-07-19 | 苏州特瑞菲机械设备有限公司 | 新能源汽车电池性能检测系统及方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106248702A (zh) * | 2016-09-08 | 2016-12-21 | 华南理工大学 | 一种锂离子电池自放电内在影响因素检测方法 |
| CN106814320A (zh) * | 2015-11-28 | 2017-06-09 | 华南理工大学 | 一种磷酸铁锂动力电池循环寿命预测系统 |
-
2020
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106814320A (zh) * | 2015-11-28 | 2017-06-09 | 华南理工大学 | 一种磷酸铁锂动力电池循环寿命预测系统 |
| CN106248702A (zh) * | 2016-09-08 | 2016-12-21 | 华南理工大学 | 一种锂离子电池自放电内在影响因素检测方法 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| KOICHI KINO ET AL.: "Two-dimensional imaging of charge/discharge by Bragg edge analysis of electrode materials for pulsed neutron-beam transmission spectra of a Li-ion battery", 《SOLID STATE IONICS》 * |
| MASAHIRO KAMATA ET AL.: "Lithium batteries: application of neutron radiography", 《JOURNAL OF POWER SOURCES》 * |
| 王中旭: "锂离子软包电池容量衰减和厚度膨胀预测方法研究", 《广东化工》 * |
| 田君等: "锂离子电池安全性测试与评价方法分析", 《储能科学与技术》 * |
| 韩松柏等: "国外热中子照相技术在锂离子电池", 《无损检测》 * |
| 马天翼等: "计算机断层扫描技术在锂离子电池检测中的应用研究", 《重庆理工大学学报(自然科学)》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114092322A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-02-25 | 清华大学 | 异常检测模型生成方法及装置和异常检测方法及装置 |
| WO2024031666A1 (zh) * | 2022-08-12 | 2024-02-15 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池浸润状态的检测方法、装置、设备、系统和介质 |
| CN117253966A (zh) * | 2023-09-26 | 2023-12-19 | 南昌大学 | 一种利用中子辐照在碱金属表面构建稳定界面膜的方法 |
| CN118362898A (zh) * | 2024-04-24 | 2024-07-19 | 苏州特瑞菲机械设备有限公司 | 新能源汽车电池性能检测系统及方法 |
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