專利名稱：鋰離子電池分步充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種能夠快速充放電的鋰離子電池體系的分步充電方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池運(yùn)用范圍的不斷擴(kuò)大，對(duì)于其運(yùn)用條件的要求也愈加苛刻。隨之而來(lái)的是鋰電池行業(yè)必須解決的，如何提升鋰電池在低溫下的循環(huán)要求；如何解決鋰電池在快速充電過(guò)程中，造成的可能影響循環(huán)性能的溫升問(wèn)題。這都是本行業(yè)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。為了解決上述問(wèn)題，鋰電工作者在改變電池活性材料，集流體厚度，及優(yōu)化電解液成分等方面做了大量的工作，使電池的高低溫性能得到很大的改善。但同時(shí)也造成電池成 本的提高，并使相關(guān)工藝更加復(fù)雜。在不改變鋰電池原有配方和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變充電條件，也能達(dá)到一定的優(yōu)化效果?，F(xiàn)有的充電是一種通過(guò)恒定電流持續(xù)充電至某一電位后在此電位恒壓充電的方式。如圖1-2所示，這種充電方式會(huì)使陰極電位不斷升高，而陽(yáng)極電位不斷下降。當(dāng)陽(yáng)極電位達(dá)到OV以下時(shí)，會(huì)造成鋰離子在陽(yáng)極表面還原成鋰金屬而析出。特別是在低溫條件下，由于鋰電池自身離子和電子導(dǎo)電能力的下降，充電過(guò)程中會(huì)引起極化程度的加劇，持續(xù)充電的方式，會(huì)使得這種極化表現(xiàn)的愈加明顯，同時(shí)增加了析鋰形成的可能性，而鋰枝晶在電極表面的積累，會(huì)極大地威脅到電池的安全性能；同時(shí)，持續(xù)的充電會(huì)引起由于充電而形成熱的不斷積累，造成電池內(nèi)部溫度的不斷上升，當(dāng)溫度超過(guò)一定限度，會(huì)使電池性能的發(fā)揮受到限制，同時(shí)增加了安全風(fēng)險(xiǎn)的威脅。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種分步充電方法，在不增加電池設(shè)計(jì)成本的同時(shí)，不但能夠改善低溫循環(huán)系能，也能夠削弱電池自身溫度的持續(xù)上升，為鋰離子電池更加安全的使用提供了保障。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種鋰離子電池分步充電方法，其包括以下步驟第一步，用電流Ia將電池恒流充電至容量Capa，靜置時(shí)間為ta，第二步，用電流Ib將電池繼續(xù)恒流充電至容量Capb,靜置時(shí)間為tb，第三步，用電流I。將電池繼續(xù)恒流充電至容量Cap。，靜置時(shí)間為tc，第四步，用電流Id以恒流的方式將電池充電至指定電位，然后在此指定電位下恒壓充電；所述的電流Ia = [ (Vl^-OCVa)/RJ*Ka, Ib = [(V臨界-OCVb)/Rb]*Kb，Ic = Capc/tc/Kc, Ic ^ Id ^ Capc/tc ;其中，V臨界是指在對(duì)電池進(jìn)行充電出現(xiàn)析鋰的臨界電位，OCVJP OCVb指分步充電過(guò)程中電池的充電起始電壓，Ra和Rb指在兩種不同的充電起始狀態(tài)時(shí)電池引起極化的阻抗能力，Ka、Kb和K。均為電流校正系數(shù)；
所述的ta 為 0 5min, tb 為 0 5min, tc 為 0 5min ；所述的Ka為0. 5 2. 0，所述Kb為0. 5 2. 0，所述Kc為0. 5 2. O。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明通過(guò)在充電的過(guò)程中引入靜置，以緩解持續(xù)充電中可能由極化引起的析鋰影響；通過(guò)在充電 過(guò)程中的靜置，減弱生成熱的持續(xù)積累的影響，以達(dá)到降溫的效果。作為本發(fā)明的一種改進(jìn),所述的容量Capa ( Capb ( Capc ( Capdo作為本發(fā)明的一種改進(jìn),所述的容量Capa = Capd時(shí),采用第一步和第四步共兩步充電的方法。作為本發(fā)明的一種改進(jìn),所述的容量Capb = Capd時(shí),采用第一步、第二步和第四步共三步充電方式。作為本發(fā)明的一種改進(jìn),所述的容量Cap。= Capd時(shí),采用第一步、第二步、第三步和第四步共四步充電方式。


圖I :現(xiàn)有技術(shù)充電過(guò)程中陰-陽(yáng)極電極電位隨時(shí)間變化模擬曲線；圖2 :現(xiàn)有技術(shù)充電過(guò)程中充電電壓隨時(shí)間變化模擬曲線；圖3 :本發(fā)明充電過(guò)程中陰-陽(yáng)極電極電位隨時(shí)間變化模擬曲線；圖4 本發(fā)明充電過(guò)程中充電電壓隨時(shí)間變化模擬曲線；圖5 :本發(fā)明充電過(guò)程中充電電池表面溫升隨時(shí)間變化模擬曲線之一；
圖6 :本發(fā)明充電過(guò)程中充電電池表面溫升隨時(shí)間變化模擬曲線之二。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提及的鋰電池工藝及工具與傳統(tǒng)工藝使用的基本相同，只是對(duì)充電方式進(jìn)行了改進(jìn)和研究，進(jìn)而改善電池本身的電化學(xué)性能。實(shí)施例I—種由陰極、陽(yáng)極、隔膜、電解液及包裝殼，再通過(guò)組裝、化成及陳化等工藝制成的電池。常溫條件下，此電池的滿充充電容量(SOC)為2500mAh ；V臨界被認(rèn)定為4. OV ；0CVa為 3. 45V ；Ra ^ 0.08 Q ；Ka 與 Kb 分別為 0. 807 和 I. 000 ;取 Capa 約為 30 % SOC ；0CVb 定為
3.65V ；Rb 為 0. 07 Q ；KC 取 0. 950 ;取 Capb 和 Capc 分別約為 50% SOC 和 80% SOC ；ta, tb 和tc 分別取 0. 5min. , lmin.和 lmin.;并定義充電至 Capd 為 80% SOC 時(shí),td 為 30min. (30min.內(nèi)充電至80% S0C，所使用的最小電流相當(dāng)于I. 6C)。通過(guò)計(jì)算我們可以分別計(jì)算出相關(guān)數(shù)值，即第一步、使用電流5. 55A將電池恒流充電8min，靜置0. 5min.第二步、使用電流5A將電池繼續(xù)恒流充電6min,靜置Imin第三步、使用電流4. 25A將電池繼續(xù)恒流充電7min，靜置Imin第四步、使用電流4. 25A恒流充電至4. 2V轉(zhuǎn)恒壓充電，至電流降至0. 15A。對(duì)按上述方法對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充電測(cè)試，測(cè)試結(jié)果參見(jiàn)表I。表I
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池分步充電方法，其特征在于其包括以下步驟 第一步，用電流Ia將電池恒流充電至容量Capa，靜置時(shí)間為ta， 第二步，用電流Ib將電池繼續(xù)恒流充電至容量Capb,靜置時(shí)間為tb， 第三步，用電流I。將電池繼續(xù)恒流充電至容量Cap。，靜置時(shí)間為t。， 第四步，用電流Id以恒流的方式將電池充電至指定電位，然后在此指定電位下恒壓充電； 所述的電流 Ia = [(V臨界-OCVa)/RJ*Ka，Ib = [(V臨界-OCVb)/Rb]*Kb，Ic = Capc/tc/Kc,Ic Id ^ Capc/tc ;其中，V臨界是指在對(duì)電池進(jìn)行充電出現(xiàn)析鋰的臨界電位，OCVJP OCVb指分步充電過(guò)程中電池的充電起始電壓，Ra和Rb指在兩種不同的充電起始狀態(tài)時(shí)電池引起極化的阻抗能力，Ka、Kb和K。均為電流校正系數(shù)； 所述的ta為0 5min, tb為0 5min, t。為0 5min ； 所述的Ka為0. 5 2. 0，所述Kb為0. 5 2. 0，所述K。為0. 5 2. O。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池分步充電方法，其特征在于所述的容量Capa ^ Capb ^ Capc ^ Capd
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池分步充電方法，其特征在于所述的容量Capa=Capd時(shí)，采用第一步和第四步共兩步充電的方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池分步充電方法，其特征在于所述的容量Capb=Capd時(shí),采用第一步、第二步和第四步共三步充電方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池分步充電方法，其特征在于所述的容量Cap。=Capd時(shí),采用第一步、第二步、第三步和第四步共四步充電方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池分步充電方法，其包括以下步驟第一步，用電流Ia將電池恒流充電至容量Capa，靜置時(shí)間為ta，第二步，用電流Ib將電池繼續(xù)恒流充電至容量Capb，靜置時(shí)間為tb，第三步，用電流Ic將電池繼續(xù)恒流充電至容量Capc，靜置時(shí)間為tc，第四步，用電流Id以恒流的方式將電池充電至指定電位，然后在此指定電位下恒壓充電；本發(fā)明在不改變電池原有結(jié)構(gòu)的情況下，也能達(dá)到改善電池高低溫性能的效果。本發(fā)明能在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高充電狀態(tài)，同時(shí)使電池表面溫升相對(duì)均勻，減少電池在快速充電過(guò)程中由于極化造成的溫升以及析鋰對(duì)于電池性能發(fā)揮的影響。
文檔編號(hào)H01M10/44GK102810700SQ20111014145
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者涂建, 劉凱, 周鐵剛 申請(qǐng)人:東莞新能源科技有限公司, 東莞新能源電子科技有限公司, 寧德新能源科技有限公司