權(quán)利要求

1.快速評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，在預設溫度環(huán)境下，以預設恒電流I1，對第一步中得到的不同的鋰離子軟包電池進行恒流充電，直至充電到預設電壓U1，然后以預設電壓U1進行恒壓充電，截止電流為I2，然后以電流I3進行放電，放電深度X% DOD，此為一個完整循環(huán)； 第三步，按照第二步的步驟重復進行循環(huán)N圈，循環(huán)N圈后對電池的厚度膨脹率進行檢測，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設膨脹率時，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設膨脹率，則繼續(xù)循環(huán)，每循環(huán)M圈后繼續(xù)對不同的鋰離子軟包電池的厚度膨脹率進行檢測，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設膨脹率；此時，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，第二步中預設溫度為20-70℃；預設恒電流I1的取值范圍為大于0小于2C，預設電壓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，預設膨脹率為2-5%。

說明書

快速評估鋰離子軟包電池體系循環(huán)性能的方法

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于鋰電池領域，具體涉及一種快速評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極之間移動來工作，具有高比能量密度、高使用電壓、長循環(huán)壽命等優(yōu)點。鋰離子電池的用途也越來越廣，在消費類產(chǎn)品、電動車和儲能等領域得到了廣泛應用。雖然鋰離子電池在使用過程中有自身的限制，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進步，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。因此一個快速評估鋰離子電池循環(huán)性能的方法，將具有很重要的意義和可觀的現(xiàn)實使用價值。

發(fā)明內(nèi)容

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

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種快速評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，在預設溫度環(huán)境下，以預設恒電流I1，對第一步中得到的不同的鋰離子軟包電池進行恒流充電，直至充電到預設電壓U1，然后以電壓U1進行恒壓充電，截止電流為I2，然后以電流I3進行放電，放電深度X% DOD，此為一個完整循環(huán)；

第三步，按照第二步的步驟重復進行循環(huán)N圈，循環(huán)N圈后對電池的厚度膨脹率進行檢測，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設膨脹率時，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設膨脹率，則繼續(xù)循環(huán)，每循環(huán)M圈后繼續(xù)對不同的鋰離子軟包電池的厚度膨脹率進行檢測，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設膨脹率；此時，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。

第二步中預設溫度為20-70℃；預設恒電流I1的取值范圍為大于0小于2C，預設電壓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，預設膨脹率為2-5%，預設膨脹率的設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速率增加，隨之產(chǎn)生氣體量也會隨之增加，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，易與電解液發(fā)生氧化反應，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，產(chǎn)生氣體。3. 高溫下負極SEI膜破壞及修復：

負極SEI膜在高溫下發(fā)生分解和修復，該副反應過程中會產(chǎn)生H 2和烷烴等氣體。

上述三種副反應都會消耗鋰離子電池中的活性鋰離子，活性鋰離子的消耗會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進行測試，以放電容量保持率進行表征，整個循環(huán)測試周期需要4-8個月，循環(huán)測試周期過長，嚴重影響鋰離子電池的開發(fā)效率。

本專利中通過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相對較高的電壓區(qū)間內(nèi)進行脈沖循環(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，從而快速評價鋰離子軟包電池的循環(huán)性能,循環(huán)測試周期時間為5-20天，可以大幅度縮短循環(huán)測試周期，對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測效率。

附圖說明

圖1為基于本發(fā)明提供的一種快速評估鋰離子電池體系循環(huán)性能的方法，在實施例1中，不同型號鈷酸鋰軟包電池按照實施例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)測試中不同型號鈷酸鋰軟包電池在45℃溫度下的循環(huán)性能測試曲線示意圖；

圖3為基于本發(fā)明提供的一種快速評估鋰離子電池體系循環(huán)性能的方法，在實施例2中，不同型號鈷酸鋰軟包電池按照實施例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)測試中，不同型號鈷酸鋰軟包電池在45℃溫度下的循環(huán)性能測試曲線示意圖；

圖5為基于對比例1提供的一種快速評估鋰離子電池體系循環(huán)性能的方法，不同型號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。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和最佳實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

實施例1: 一種快速評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，匹配石墨負極進完成系列不同3Ah鋰離子軟包電池的制作。

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

第三步，重復上述循環(huán)200圈，循環(huán)200圈后對電池的厚度膨脹率進行檢測，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設膨脹率4%，繼續(xù)循環(huán)，每循環(huán)200圈繼續(xù)對厚度膨脹率進行檢測，直至檢測第5次時，即循環(huán)至1000圈時，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設膨脹率4%，此時，對不同材料制得的鋰離子軟包電池的循環(huán)性能進行評價，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)生副反應速率更快，產(chǎn)生了更多的氣體，從而導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)性能的測試曲線。該循環(huán)測試方法為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，此為一個循環(huán)周期。對三個鈷酸鋰材料A、材料B和材料C的鋰離子軟包電池分別進行0.5C循環(huán)測試。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，匹配石墨負極進完成系列不同2.5Ah鋰離子軟包電池的制作。

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

第三步，重復上述循環(huán)200圈，循環(huán)200圈后對電池進行厚度膨脹檢測，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設膨脹率2%，繼續(xù)循環(huán)，每循環(huán)200圈對厚度膨脹率進行檢測，直至檢測第4次，即循環(huán)至800圈時，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設膨脹率2%；

此時，對不同材料制得的鋰離子軟包電池的循環(huán)性能進行評價，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)生副反應速率更快，產(chǎn)生了更多的氣體，從而導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)性能的測試曲線。循環(huán)測試方法為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，此為一個循環(huán)周期。對三個鈷酸鋰材料D、材料E和材料F的電池分別進行0.5C循環(huán)測試。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估方法具有快速有效的評估能力。

對比例1：一種評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（同實施例1），匹配石墨負極進完成系列不同3Ah鋰離子軟包電池的制作。

第二步，在45℃環(huán)境下，以預設恒電流1.6A，對鋰離子軟包電池進行恒流充電，直至充電到預設電壓4.45V，然后以4.45V進行恒壓充電。

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

第四步，當不同的鋰離子軟包電池厚度膨脹率之間的差值小于預設膨脹率4%時，則每隔7天對厚度膨脹率進行檢測，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設膨脹率4%；

此時，對不同材料制得的鋰離子軟包電池的循環(huán)性能進行評價，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試制式得到的電池厚度膨脹率和測試時間的變化曲線，參見圖5可知，兩種鈷酸鋰材料在此測試制式下厚度膨脹率隨著測試時間逐漸增加，測試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)過程中穩(wěn)定性不足，但是該方法的測試時間長，按照實施例1完成1000周循環(huán)測試需要時間為20天，而按照對比例1中測試方法，測試時間為98天，按照常規(guī)的測試方法（圖2的方法），測試1000周需要167天；因此，通過本專利方法可以更加快速有效的評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)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。