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CN112736309B - 一种解决动力锂离子返工电池分容后k值异常的方法 - Google Patents

一种解决动力锂离子返工电池分容后k值异常的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种解决动力锂离子返工电池分容后K值异常的方法,涉及锂离子电池技术领域,步骤如下:1)将返工电池入库前的化成分容数据记作初始数据;将返工电池按照3.0V分容工艺进行第一次分容,分容后静置T1,记录电压值V3,再静置T2,记录电压值V4,K1=(V3‑V4)/T2;将K1值与K标准进行比较,当K1值不在K标准范围内时,将返工电池第一次分容的充放电时间和电压、充放电容量、充放电平台数据与电池初始数据进行比较,分析返工电池有无异常及激活程度;当无异常时,重复上述分容操作对返工电池进行第n次分容,并比较相关数据;当Kn在K标准范围内,综合数据差异,确定返工分容次数。本发明选择3.0V分容工艺,能够更好筛选出K值异常的电芯。

Description

一种解决动力锂离子返工电池分容后K值异常的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域,尤其涉及一种解决动力锂离子返工电池分容后K值异常的方法。
背景技术
锂离子电池生产后放置在成品库一段时间(6个月以上),由于放置的时间长,因此电池会不可避免出现内阻升高、放电特性呈下降趋势、容量不可逆转损失等异常问题,在返工分容工艺(3.0V)分容后会出现大范围(92%-98%)K值异常(K<0)的严重的问题。产生以上问题的一个主要原因在于,返工分容过程中,极化较大,活化电芯内部的材质性能不彻底,从而严重影响了电池性能和使用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种解决动力锂离子返工电池分容后K值异常的方法。
本发明提出的一种解决动力锂离子返工电池分容后K值异常的方法,包括以下步骤:
1)将返工电池入库前的经化成后的分容数据作为初始数据,记作电池化成分容初始数据;
2)将静置在成品库6-12个月的返工电池,按照3.0V返工电池分容工艺进行第一次分容,分容后静置,静置时间记为T1,记录电压值V3,然后静置,重新计时,静置时间记为T2,记录电压值V4;计算返工电池单位时间内的电压降K1值,K1=(V3-V4)/T2
3)将返工电池第一次分容的K1值与K标准进行比较,0<K标准≤4mV/d;当K1值在K标准范围内时,判定上述返工电池经第一次分容后可正常使用;当K1值不在K标准范围内时,将返工电池第一次分容的充放电时间和电压数据、充放电容量数据、充放电平台数据与电池初始数据进行比较,分析返工电池有无异常及激活程度;
4)当判定返工电池无异常时,重复步骤2)和步骤3)操作,采用3.0V返工电池分容工艺对返工电池进行第n次分容,计算返工电池第n次分容后的单位时间内的电压降Kn值,并将返工电池第n次分容的充放电时间和电压数据、充放电容量数据、充放电平台数据与电池化成分容初始数据进行比较;
5)当Kn在K标准范围内,综合返工电池分容与电池分容初始数据差异,确定返工分容次数,使得返工电池可作为正常电池使用。
优选地,所述动力锂离子返工电池为磷酸铁锂电池。
优选地,所述电池化成分容数据是按照3.2V分容工艺得到的。
优选地,3.0V返工电池分容工艺为:将返工电池以0.33C恒流放至2.0V,0.45C恒流恒压充至3.65V,0.55C恒流放至2.0V,0.2C恒流放至2.0V,0.2C恒流恒压充至3.0V。
优选地,T1=18-24h,T2=4-7d。
有益效果:本发明提出了一种解决动力锂离子返工电池分容后K值异常的方法,选择3.0V分容工艺,由于3.0V小于充放电平台,自放电就更大更明显,从而能够更好的筛选出K值异常的电芯,并结合分容过程中返工电芯与入库前电池化成分容的充放电容量和对应的SOC及其充放电平台的的差异及相关性,从而确定最佳的分容方案。本发明能够实现对静置6个月以上电芯逐步消除极化、活化电芯的性能,对恢复电芯充放电的平台有明显改善和提升作用,进而高比例提升返工电芯合格率和使用率,同时也提供了一种解决返工电芯的K值异常的可行验证方法。
附图说明
图1为本发明中电池化成分容的充放电时间-电压曲线图;
图2为本发明中返工电池第一次分容的充放电时间-电压曲线图;
图3为本发明中返工电池第二次分容的充放电时间-电压曲线图;
图4为本发明中返工电池第三次分容的充放电时间-电压曲线图;
图5为本发明中返工电池第五次分容的充放电时间-电压曲线图。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1返工电池数目:480只
1.将静置在成品库6-10个月的返工电池,按照3.0V分容工艺进行第一次分容:0.33C恒流放至2.0V,0.45C恒流恒压充至3.65V,0.55C恒流放至2.0V,0.2C恒流放至2.0V,0.2C恒流恒压充至3.0V(充至5.1%SOC终止)。
2.分容结束后静置18-24h后进行电压值的确认,此时电压值定义为V3,经检测V3均值为2992mV;之后电芯静置7天后进行电压值确认,此时电压值定义V4,经检测V4均值为2.995mV;计算返工电池单位时间内的电压降K值,K=(V3-V4)/7,此处返工电池第一次分容的K值记为K1,K1均值为-0.4mV/d。计算K值的目的是验证通过分容激活的返工电芯是否符合正常电芯7天内电压降(0<K标准≤4mV/d)的标准,K值是用来衡量锂电池自放电率的一种指标。K1<K标准,说明该返工电池经一次分容后还不能作为正常电池使用。
3.找出返工电池入库前经化成后的分容数据作为电池初始数据;
4.将返工电池第一次分容的充放电时间和电压数据与电池化成分容的初始数据进行对比。以充放电时间为Y轴、电压为X轴分别绘制返工电池第一次分容和电池化成分容的充放电时间-电压曲线图。本实施例中,随机选取10只返工电池作为对比,曲线图分别如图1和图2所示,找出电压数据在充放电每一次阶段过程中的数据差异,分析正常电芯和返工后电芯分容的电压数据是否会出现很大波动和差异,以此评定返工电芯是否能作为正常电芯使用。通过对曲线图的波动趋势等分析对比发现返工电池第一次分容和电池化成分容的电压数据曲线无明显差异,说明该返工电芯无异常.
5.将返工电池第一次分容的充放电过程中容量数据与电池化成分容的初始数据进行对比,目的是为了分析返工电芯通过分容活化后其对应的容量的恢复率和保持率。电池化成分容的容量数据:0.33C恒流放至2.0V,容量均值811.5mah;0.45C恒流恒压充至3.65V,容量均值32206mah;0.55C恒流放至2.0V,容量均值31162mah;0.2C恒流放至2.0V,容量均值835mah;0.2C恒流恒压充至3.2V,容量均值1586mah;返工电池第一次分容的容量数据:0.33C恒流放至2.0V,容量均值5256mah;0.45C恒流恒压充至3.65V,容量均值29875mah;0.55C恒流放至2.0V,容量均值29798mah;0.2C恒流放至2.0V,容量均值158mah;0.2C恒流恒压充至3.0V,容量均值567mah。经计算,返工电芯的容量恢复率为91%,保持率为95%。
找出分容对应的SOC进行对比,其目的是为了分析返工电芯经过分容活化后的充放电后电量所处的状态。电池化成分容的SOC数据:0.33C恒流放至2.0V,SOC 2.6%;0.45C恒流恒压充至3.65V,SOC 100%;0.55C恒流放至2.0V,SOC 100%;0.2C恒流放至2.0V,SOC2.7%;0.2C恒流恒压充至3.2V,SOC 6.3%;返工电池第一次分容的SOC数据:0.33C恒流放至2.0V,SOC 17.6%;0.45C恒流恒压充至3.65V,SOC 92%;0.55C恒流放至2.0V,SOC 95%;0.2C恒流放至2.0V,SOC 0.5%;0.2C恒流恒压充至3.0V,SOC 1.9%。通过对比SOC发现,返工电池第一次分容后电芯有充低放低的趋势。
6.将返工电池第一次分容的充放电平台数据与电池化成分容的初始数据进行对比,其目的是为了找出返工电芯和正常电芯充放电的数值差异来分析电芯的状态。电池化成分容:0.45C恒流恒压充电平台3446mV,0.55C恒流放至2.0V放电平台3120mV;返工电池第一次分容:0.45C恒流恒压充电平台3403mV,0.55C恒流放至2.0V放电平台3167mV。对比结果:返工电池第一次分容后充放电平台略低。
实施例2返工电池数目:480只
1.再次按照3.0V分容工艺:0.33C恒流放至2.0V,0.45C恒流恒压充至3.65V,0.55C恒流放至2.0V,0.2C恒流放至2.0V,0.2C恒流恒压充至3.0V(充至5.1%SOC终止)进行第二次分容。
2.分容结束后静置18-24h后进行电压值的确认,V3均值为2994.3mV;之后电芯静置7天后进行电压值确认V4均值为2993.2;返工电池第二次分容的K值记为K2,经计算K2均值:-0.50mV/d。
3.将返工电池第二次分容的充放电时间和电压数据与电池化成分容的初始数据进行对比,绘制充放电时间-电压曲线图。通过对比图1-图3,发现返工电池第二次分容和电池化成分容的电压数据曲线充无明显差异,说明该返工电芯无异常。
4.将返工电池第二次分容充放电容量数据与电池化成分容的初始数据进行对比。电池化成分容:0.33C恒流放至2.0V,容量均值811.5mah;0.45C恒流恒压充至3.65V,容量均值32206mah;0.55C恒流放至2.0V,容量均值31162mah;0.2C恒流放至2.0V,容量均值835mah;0.2C恒流恒压充至3.0V,容量均值1586mah;返工电池第二次分容:0.33C恒流放至2.0V,容量均值691mah;0.45C恒流恒压充至3.65V,容量均值30664mah,0.55C恒流放至2.0V,容量均值30457mah;0.2C恒流放至2.0V,容量均值127mah;0.2C恒流恒压充至3.0V,容量均值566mah。经计算,返工电芯容量恢复率为91.6%;保持率为97%;
找出分容对应的SOC进行对比:返工电池第二次分容:0.33C恒流放至2.0V SOC2.3%;0.45C恒流恒压充至3.65V SOC 100%,0.55C恒流放至2.0V SOC100%;0.2C恒流放至2.0V SOC 0.42%;0.2C恒流恒压充至3.0V SOC 1.9%。对比结果:第二次返工分容后电芯仍有充低放低的趋势。
5.充放电平台对比:返工电池第二次分容:0.45C恒流恒压充电平台3407mV,0.55C恒流放至2.0V放电平台3170mV。对比结果:第一返工到第二次返工分容后充放平台有上升的趋势,上升2-4mV。
实施例3返工电池数目:480只
1.再次按照3.0V分容工艺:0.33C恒流放至2.0V,0.45C恒流恒压充至3.65V,0.55C恒流放至2.0V,0.2C恒流放至2.0V,0.2C恒流恒压充至3.0V(充至5.1%SOC终止)进行第三次分容。
2.分容结束后静置18-24h后进行电压值的确认,V3均值为2995mV,之后电芯静置7天后进行电压值确认,V4均值为2992mV;返工电池第三次分容的K值记为K3,经计算K3值为0.42mV/d,K值由负值变成正值。
3.将返工电池第三次分容的充放电时间和电压数据与电池化成分容的初始数据进行对比,绘制充放电时间-电压曲线图。通过对比图1-图4,发现返工电池第三次分容和电池化成分容的电压数据曲线充无明显差异,说明该返工电芯无异常。
4.将返工电池第三次分容充放电容量数据与电池化成分容的初始数据进行对比。返工电池第三次分容:0.33C恒流放至2.0V,容量均值6611mah;0.45C恒流恒压充至3.65V,容量均值32359mah;0.55C恒流放至2.0V,容量均值31914mah;0.2C恒流放至2.0V,容量均值307mah;0.2C恒流恒压充至3.0V,容量均值526mah。经计算,返工电池第三次分容后的电芯容量恢复率为97.6%;保持率为99.6%。对比结果:返工电池第三次分容过程中电芯在0.2C电流有充电量由上升高趋势,在0.2C电流有放电量由下降趋势。
对应的SOC比对。返工电池第三次分容:0.33C恒流放至2.0V SOC 20.7%;0.45C恒流恒压充至3.65V SOC 99%,0.55C恒流放至2.0V SOC 98.6%;0.2C恒流放至2.0V SOC0.96%;0.2C恒流恒压充至3.0V SOC 1.65%。对比结果:返工电池第三次分容后电芯仍有充高放低的趋势。
4.将返工电池第三次分容的充放电平台与电池化成分容的进行对比.第三次返工分容:0.45C恒流恒压充电平台3433mV,0.55C恒流放至2.0V放电平台3168mV。对比结果:返工电池第二次分容到第三次分容后充电平台有上升的趋势,放电平台下降1.8mV。
实施例4返工电池数目:480只
1.按照3.0V分容工艺:0.33C恒流放至2.0V,0.45C恒流恒压充至3.65V,0.55C恒流放至2.0V,0.2C恒流放至2.0V,0.2C恒流恒压充至3.0V(充至5.1%SOC终止)连续再分容2周。
2.分容结束后静置18-24h后进行电压值的确认,V3均值为2996mV;之后电芯静置7天后进行电压值确认V4均值为2992mV,经计算得到返工电池第五次分容K5值为0.57mV/d;为正值。
3.将返工电池第五次分容的充放电时间和电压数据与之前相应的原始数据的曲线做对比;通过对比图1-图5,发现返工电池第五次分容和返工电池第一、二、三次分容及电池化成分容的电压数据曲线充无明显差异,说明该返工电芯无异常。
4.将返工电池第五次分容的充放电过程中容量数据与电池化成分容的初始数据进行对比。第五次返工分容:0.33C恒流放至2.0V,容量均值6721mah;0.45C恒流恒压充至3.65V,容量均值31713mah,0.55C恒流放至2.0V,容量均值31030mah;0.2C恒流放至2.0V,容量均值315mah;0.2C恒流恒压充至3.0V,容量均值593mah。经计算,第五次返工的电芯容量恢复率为98.2%;保持率为99.5%。
比对对应的SOC;第五次返工分容:0.33C恒流放至2.0V SOC 21%;0.45C恒流恒压充至3.65V SOC 99%,0.55C恒流放至2.0V SOC 98.6%;0.2C恒流放至2.0V SOC 1.0%;0.2C恒流恒压充至3.0V SOC 1.9%;
5.充放电平台与之前的数据做对比。第五次返工分容:0.45C恒流恒压充电平台3445mV,0.55C恒流放至2.0V放电平台3172mV;对比结果:返工电池第二次到第五次分容后充放电平台均有上升的趋势。
综上所诉,对于处理返工电芯(特别是静置6个月到12个月以上的)分容后K值异常,经过一系列验证表明:1.分容工艺第一步需以小电流0.25-0.33C放电,中间充放电需0.4-0.55C电流充放,最后两步放充电时必须以设置的小电流(0.02-0.01C)放充电结束;2.针对静置时间较长电芯返工分容过程活化电芯时首次分容后到第三次返工分容后过程中必须要由一个静置的周期(7-14天);3.在多次分容过程要根据充放容量筛选异常电芯和SOC及充电平台来判定电芯的状态增加分容的次数来活化返工电芯的状态。关键指标在于工艺最后2步的最终小电流(0.2C)放充电的电量SOC在0.92-2.3%区间里;充放电平台(充电平台:3430-3440mV,放电平台:3160-3170mV)满足这个范围条件下才能有效的解决和提高返工电芯的K值异常的问题和提高返工电芯正常使用率的最大化。
本发明实施例1-4中,返工电池分容3周后K值由负值异常转变为正值,返工电芯在分容过程消除极化和活化电芯内部得到了很大的恢复和改善;K值已恢复正常状态。根据实施例1-4中电池化成分容数据和返工电芯在分容过程的充放电容量、SOC、充放电平台数据对比,可以明显从数据中看出各阶段充放电容量相对应SOC和充放电平台逐步接近正常电芯的充放电平台的值,从而充分说明了本专利验证方法的优越性;
本专利实施方案可以实现对静置6个月以上电芯逐步消除极化,活化电芯的性能,恢复电芯充放电的平台有明显改善和、提升作用和很高比例提升返工电芯合格率和使用率,同时也提供了一种解决返工电芯的K值异常的可行验证方法。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种解决动力锂离子返工电池分容后K值异常的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将返工电池入库前的经化成后的分容数据作为初始数据,记作电池化成分容初始数据;
2)将静置在成品库6-12个月的返工电池,按照3.0V返工电池分容工艺进行第一次分容,分容后静置,静置时间记为T1,记录电压值V3,然后静置,重新计时,静置时间记为T2,记录电压值V4;计算返工电池单位时间内的电压降K1值,K1=(V3-V4)/T2
3)将返工电池第一次分容的K1值与K标准进行比较,0<K标准≤4mV/天;当K1值在K标准范围内时,判定上述返工电池经第一次分容后可正常使用;当K1值不在K标准范围内时,将返工电池第一次分容的充放电时间和电压数据、充放电容量数据、充放电平台数据与电池初始数据进行比较,分析返工电池有无异常及激活程度;
4)当判定返工电池无异常时,重复步骤2)和步骤3)操作,采用3.0V返工电池分容工艺对返工电池进行第n次分容,n≥2,计算返工电池第n次分容后的单位时间内的电压降Kn值,并将返工电池第n次分容的充放电时间和电压数据、充放电容量数据、充放电平台数据与电池化成分容初始数据进行比较;
5)当Kn在K标准范围内,综合返工电池分容与电池分容初始数据差异,确定返工分容次数,使得返工电池可作为正常电池使用;
3.0V返工电池分容工艺为:将返工电池以0.33C恒流放至2.0V,0.45C恒流恒压充至3.65V,0.55C恒流放至2.0V,0.2C恒流放至2.0V,0.2C恒流恒压充至3.0V;
T1=18-24h,T2=4-7天。
2.根据权利要求1所述的解决动力锂离子返工电池分容后K值异常的方法,其特征在于,所述动力锂离子返工电池为磷酸铁锂电池。
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