CN114397591B - 一种锂电池寿命加速试验方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种锂电池寿命加速试验方法，包括：取多个电池，对每一所述电池进行初始容量测定，并将进行初始容量测定后的多个电池随机分为常温常压组和高温真空组，其中，所述常温常压组内的电池为第一电池，所述高温真空组内的电池为第二电池；于常温常压下以预设步骤，对多个所述第一电池进行充放电循环。该锂电池寿命加速试验方法通过温度、真空两个加速条件进行锂电池寿命的加速，加速电池寿命衰减，缩短试验时间，降低试验成本。

Description

一种锂电池寿命加速试验方法

技术领域

本公开涉及锂电池寿命测试技术领域，尤其涉及一种锂电池寿命加速试验方法。

背景技术

锂电池由于具有较高的能量和功率密度，被认为是最有望应用于电动汽车、航天等领域的动力电源。但是锂电池的寿命如何，多次充放电循环后是否失效，通常需要通过电池老化循环试验进行测试。现有技术中，电池老化循环试验通常为：将电池于常温常压下，进行多次充放电循环，多次充放电循环后测定电池剩余电量，观察电池破损等情况，评估电池寿命。但是电池老化试验需要较长的时间，比如：以容量4000mAh的锂电池为例，充电1C需要1h，放电0.5C需要2h，最高用40％容量，因此一个循环至少需要1.2h，当进行5000次循环时，需要250天。因此，如何快速评价锂电池的寿命是制约锂电池行业发展的重要问题。

现有技术中，建立电池性能加速老化方法被认为是可以快速评价电池寿命的途径之一，而常用的锂电池寿命加速评价条件主要包括充放电倍率、放电深度等，这些条件能够在一定程度加速电池性能衰减，但是仍无法满足实际使用需求。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种锂电池寿命加速试验方法，以解决或部分解决上述技术问题。

基于上述目的，本申请提供了一种锂电池寿命加速试验方法，包括：

取多个电池，对每一所述电池进行初始容量测定，并将进行初始容量测定后的多个电池随机分为常温常压组和高温真空组，其中，所述常温常压组内的电池为第一电池，所述高温真空组内的电池为第二电池；

于常温常压下以预设步骤，对多个所述第一电池进行充放电循环；

对于每一所述第一电池，响应于确定多次充放电循环后的所述第一电池的剩余电量与其初始容量之比达到预设占比，得到该所述第一电池的充放电循环次数；

计算常温常压下多个所述第一电池的平均充放电次数；

于高温真空下以所述预设步骤，对多个所述第二电池进行充放电循环；

对于每一所述第二电池，响应于确定多次充放电循环后的所述第二电池的剩余电量与其初始容量之比达到所述预设占比，得到该所述第二电池的充放电循环次数；

计算高温真空下多个所述第二电池的平均充放电次数；

将常温常压下该多个所述第一电池的平均充放电次数和高温真空下该多个所述第二电池的平均充放电次数进行对比，评估锂电池寿命加速情况。

从上面所述可以看出，本申请提供的锂电池寿命加速试验方法，将初始容量测定后的多个电池分为常温常压组和高温真空组，对高温真空组中的第二电池以及常温常压组中第一电池，在同一预设条件下、以达到同一预设占比为基准，进行对照循环测试，通过温度、真空度加速电池性能衰减，缩短测试周期。

附图说明

为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例的锂电池寿命加速试验方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

有鉴于此，本公开一个或多个实施例提供了一种锂电池寿命加速试验方法。将初始容量测定后的多个电池分为常温常压组和高温真空组，对常温常压组和高温真空组中的每一电池均采用同一预设步骤，进行多次充放电循环，并且以达到同一预设占比为基准，获取常温常压下第一电池的平均充放电次数和高温真空下第二电池的平均充放电次数，并将这两种环境下的平均充放电次数进行对比，判断试验对锂电池寿命加速情况。

以下，通过具体的实施例来详细说明本公开一个或多个实施例的技术方案。

参考图1，本公开一个实施例或多个实施例提供了一种锂电池寿命加速试验方法，包括以下步骤：

步骤101，取多个电池，对每一所述电池进行初始容量测定，并将进行初始容量测定后的多个电池随机分为常温常压组和高温真空组，其中，所述常温常压组内的电池为第一电池，所述高温真空组内的电池为第二电池。

在该步骤中，取的电池是未曾使用过的出厂电池，理论上电池的初始容量为电池上标注的额定容量，但是由于额定容量标定误差、温度、湿度等多个因素的影响，电池初始容量往往与额定容量不同，为了准确获知每一电池的初始容量，需要进行每一电池初始容量的测定。将初始容量测定后的多个电池随机分为常温常压组和高温真空组，以保证测试准确度，并对高温真空组中的第二电池以及常温常压组中第一电池进行对照循环测试，以探究试验对电池寿命的加速情况。

步骤102，于常温常压下以预设步骤，对多个所述第一电池进行充放电循环。

在该步骤中，常温是25℃，常压是1.01×10⁵Pa。

步骤103，对于每一所述第一电池，响应于确定多次充放电循环后的所述第一电池的剩余电量与其初始容量之比达到预设占比，得到该所述第一电池的充放电循环次数。

步骤104，计算常温常压下多个所述第一电池的平均充放电次数。即将常温常压下多个第一电池的充放电次数进行加和，然后除以第一电池的总个数。

步骤105，于高温真空下以所述预设步骤，对多个所述第二电池进行充放电循环。

在该步骤中，高温真空中的温度为40℃～80℃，真空度为1×10^-2Pa～1×10^-4Pa。

本申请常温常压组中电池循环测试与高温真空组中电池循环测试不同之处为温度以及真空度，从而探究高温、真空对电池寿命加速情况的影响。

步骤106，对于每一所述第二电池，响应于确定多次充放电循环后的所述第二电池的剩余电量与其初始容量之比达到所述预设占比，得到该所述第二电池的充放电循环次数。

在该步骤中，预设占比表征电池剩余电量的情况，比如说预设占比为70％，即对应电池在多次充放电循环后电量消耗30％。

步骤107，计算高温真空下多个所述第二电池的平均充放电次数。即将高温真空下多个第二电池的充放电次数进行加和，然后除以第二电池的总个数。

步骤108，将常温常压下该多个所述第一电池的平均充放电次数和高温真空下该多个所述第二电池的平均充放电次数进行对比，评估锂电池寿命加速情况。

在该步骤中，可以求解高温真空下该多个所述第二电池的平均充放电次数与常温常压下该多个所述第一电池的平均充放电次数之商，从而推断试验加速倍数。

总的来说，本申请设定常温常压下的第一电池与高温真空下的第二电池在同一电量消耗的情况下，分别得到第一电池的充放电循环次数以及第二电池的充放电循环次数，对比第一电池的充放电循环次数和第二电池的充放电循环次数，确定试验对电池性能衰减加速情况。

在一些实施例中，所述对每一所述电池进行初始容量测定的过程，包括：

步骤201，将将所述电池以第一电流恒流放电至第一截止电压。电池放电至截止电压时，出厂电池电量放空。

步骤202，静置5～20min后，以所述第一电流恒流充电至第一上限电压，然后恒压充电至第一终止电流，此时步骤201中电量放空后的电池电量充满。

步骤203，以所述第一电流恒流放电至所述第一截止电压，步骤202中的电量充满的电池电量放空，并且记录该步骤中的放电时间。

基于所述第一电流以及所述放电时间，得到每一所述电池的初始容量。更具体的，将步骤203中的第一电流乘以放电时间，即为电池的初始容量。

在一些实施例中，所述第一电流为0.4C～0.5C，所述第一截止电压为2.5V～2.8V，所述第一上限电压为4.1V～4.2V，所述第一终止电流小于0.05C。

在该步骤中，第一截止电压、第一上限电压以及第一终止电流数值的设定，均是在保证不损伤电池的前提下进行的较优选择，一旦超过截止电压、上限电压有可能导致电池报废。

在一些实施例中，所述第一电流为0.5C，所述第一截止电压为2.75V，所述第一上限电压为4.2V，所述第一终止电流为0.04C。

在一些实施例中，所述预设步骤包括：

步骤501，以第二电流恒流充电至第二上限电压，然后恒压充电至第二终止电流。

步骤502，以第二电流恒流放电至第二截止电压。

在该步骤中，设定高温真空环境下第二电池与常温常压下第一电池均以同一预设步骤进行充放电循环。

在一些实施例中，所述第二电流为0.5C～0.6C，所述第二上限电压为4.1V～4.2V，所述第二终止电流小于0.05C，所述第二截止电压为2.75V～3.0V。

在一些实施例中，所述第二电流为0.5C，所述第二上限电压为4.2V，所述第二终止电流为0.03C，所述第二截止电压为2.75V。

在一些实施例中，所述高温真空中的温度为40℃～80℃，真空度为1×10-2Pa～1×10-4Pa。温度过高、真空度过大均容易损坏电池，不利于试验的进行。

在一些实施例中，所述于高温真空下以所述预设步骤，对多个所述第二电池进行充放电循环，包括：

步骤901，将所述高温真空下的所述第二电池进行分组。

步骤902，于不同温度下以所述预设步骤，对分组后的所述第二电池进行充放电循环。

在该步骤中，在温度40℃～80℃的范围内，可以选择不同温度进行循环试验。

步骤903，对于每组中的每一所述第二电池，响应于确定所述第二电池的剩余电量与所述电池的初始容量之比达到预设占比，得到该所述第二电池的充放电循环次数。

步骤904，计算高温真空每组中所述第二电池的平均充放电次数。

在一些实施例中，所述于高温真空下以所述预设步骤，对多个所述第二电池进行充放电循环，包括：

将所述高温真空组中的所述第二电池分成三组。

于40℃、50℃、60℃温度下以所述预设步骤，分别对三组中的所述第二电池进行充放电循环。

对于每组中的每一所述第二电池，响应于确定所述第二电池的剩余电量与所述电池的初始容量之比达到预设占比，得到该所述第二电池的充放电循环次数。

计算40℃、50℃、60℃温度下每组所述第二电池平均充放电次数。

具体实施例如下：

步骤A，取20个额定容量为5A/h的18650型的锂二次电池，对每一个电池进行初始容量测定，即将每一电池以0.5C电流恒流放电至2.75V；静置5～20min后，以0.5C电流恒流充电至4.2V，然后以4.2V恒压充电至电流0.04C；以0.5C电流恒流放电至2.75V，得到每一电池的初始容量。

步骤B，将步骤A中初始容量测定后的电池，随机取其中的5个电池划分为常温常压组，剩余的15个电池划分为高温真空组。

步骤C，将常温常压组中的5个第一电池于25℃，1.01×10⁵Pa下，以0.5C恒流充电至电压4.2V，然后4.2V恒压充电至0.03C；以0.03C电流恒流放电至2.7V进行多次充放电循环，响应于确定多次充放电循环后的第一电池的剩余电量与其初始容量之比为80％时，得到该第一电池的充放电循环次数。

步骤D，将高温真空组中的15个第二电池，划分为3组，每组中5个第二电池。3组分别置于40℃、60℃、80℃的温度，1×10^-4Pa的真空下，每组中的每一第二电池均以0.5C恒流充电至电压4.2V，然后4.2V恒压充电至0.03C；以0.03C电流恒流放电至2.7V进行多次充放电循环，响应于确定多次充放电循环后的所述第二电池的剩余电量与其初始容量之比达80％时，得到该所述第二电池的充放电循环次数。

步骤E，计算常温常压下多个所述第一电池的平均充放电次数以及高温真空下每组中多个所述第二电池的平均充放电次数，并进行对比。

上述实施例试验结果如表1、表2所示：其中，表1为常温常压下5个第一电池试验结果；表2为高温真空下3组第二电池试验结果。

表1常温常压下5个第一电池试验结果

表2高温真空下3组第二电池试验结果

分析表1中常温常压下5个第一电池试验结果以及表2中高温真空下3组第二电池试验结果：

常温常压下5个第一电池的平均充放电次数为2023，40℃、1×10^-4Pa真空下5个第二电池的平均充放电次数为216。也就是说，在40℃、1×10^-4Pa进行电池的充放电循环，能够将锂电池寿命试验时间缩短至常温常压下的1/9。

常温常压下5个第一电池的平均充放电次数为2023，50℃、1×10^-4Pa真空下5个第二电池的平均充放电次数为163。也就是说，在50℃、1×10^-4Pa进行电池的充放电循环，能够将锂电池寿命试验时间缩短至常温常压下的1/12。

常温常压下5个第一电池的平均充放电次数为2023，60℃、1×10^-4Pa真空下5个第二电池的平均充放电次数为141。也就是说，在60℃、1×10^-4Pa进行电池的充放电循环，能够将锂电池寿命试验时间缩短至常温常压下的1/14。

综上所述，本申请将初始容量测定后的多个电池分为常温常压组和高温真空组，对高温真空组中的第二电池以及常温常压组中第一电池，在同一预设条件下、以达到同一预设占比为基准，进行对照循环测试，通过温度、真空度做加速条件，能够加速电池寿命衰减，缩短试验时间。

本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围包括权利要求被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本申请的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池寿命加速试验方法，其特征在于，包括：

取多个电池，对每一所述电池进行初始容量测定，并将进行初始容量测定后的多个电池随机分为常温常压组和高温真空组，其中，所述常温常压组内的电池为第一电池，所述高温真空组内的电池为第二电池；

于常温常压下以预设步骤，对多个所述第一电池进行充放电循环；

对于每一所述第一电池，响应于确定多次充放电循环后的所述第一电池的剩余电量与其初始容量之比达到预设占比，得到该所述第一电池的充放电循环次数；

计算常温常压下多个所述第一电池的平均充放电次数；

于高温真空下以所述预设步骤，对多个所述第二电池进行充放电循环；

对于每一所述第二电池，响应于确定多次充放电循环后的所述第二电池的剩余电量与其初始容量之比达到所述预设占比，得到该所述第二电池的充放电循环次数；

计算高温真空下多个所述第二电池的平均充放电次数；

将常温常压下该多个所述第一电池的平均充放电次数高温真空下该多个所述第二电池的平均充放电次数进行对比，评估锂电池寿命加速情况。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对每一所述电池进行初始容量测定的过程，包括：

将所述电池以第一电流恒流放电至第一截止电压；

静置5～20min后，以所述第一电流恒流充电至第一上限电压，然后恒压充电至第一终止电流；

以所述第一电流恒流放电至所述第一截止电压，得到该阶段放电时间；

基于所述第一电流以及所述放电时间，得到每一所述电池的初始容量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一电流为0.4C～0.5C，所述第一截止电压为2.5V～2.8V，所述第一上限电压为4.1V～4.2V，所述第一终止电流小于0.05C。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一电流为0.5C，所述第一截止电压为2.75V，所述第一上限电压为4.2V，所述第一终止电流为0.04C。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设步骤包括：

以第二电流恒流充电至第二上限电压，然后恒压充电至第二终止电流；

以所述第二电流恒流放电至第二截止电压。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二电流为0.5C～0.6C，所述第二上限电压为4.1V～4.2V，所述第二终止电流小于0.05C，所述第二截止电压为2.75V～3.0V。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二电流为0.5C，所述第二上限电压为4.2V，所述第二终止电流为0.03C，所述第二截止电压为2.75V。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温真空中的温度为40℃～80℃，真空度为1×10^-2Pa～1×10^-4Pa。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述于高温真空下以所述预设步骤，对多个所述第二电池进行充放电循环，包括：

将所述高温真空下的所述第二电池进行分组；

于不同温度下以所述预设步骤，对分组后的所述第二电池进行充放电循环；

对于每组中的每一所述第二电池，响应于确定所述第二电池的剩余电量与所述电池的初始容量之比达到所述预设占比，得到该所述第二电池的充放电循环次数；

计算高温真空下每组中所述第二电池的平均充放电次数。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述于高温真空下以所述预设步骤，对多个所述第二电池进行充放电循环，包括：

将所述高温真空组中的所述第二电池分成三组；

于40℃、50℃、60℃温度下以所述预设步骤，分别对三组中的所述第二电池进行充放电循环；

对于每组中的每一所述第二电池，响应于确定所述第二电池的剩余电量与所述电池的初始容量之比达到预设占比，得到该所述第二电池的充放电循环次数；

计算40℃、50℃、60℃温度下每组所述第二电池平均充放电次数。