一種改善鋰離子電池在低溫環(huán)境下使用壽命的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于電池【技術(shù)領(lǐng)域】的一種改善鋰離子電池在低溫環(huán)境下使用壽命的方法。該方法通過在低溫環(huán)境使用前，先對電池施加脈沖以提升電池自身溫度。即在低溫環(huán)境使用前，先對電池施加一定量的脈沖電，使電池自身均勻的達到適宜的溫度。在不增加電池設(shè)計成本的同時，改善電池低溫環(huán)境下的使用壽命。此種方法會在較短時間內(nèi)提升電池溫度，且電池自身溫升均勻性好，從而降低了電池使用環(huán)境的溫度，改善了電池在低溫環(huán)境下的使用壽命。
【專利說明】一種改善鋰離子電池在低溫環(huán)境下使用壽命的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電池【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種改善鋰離子電池在低溫環(huán)境下使用壽命 的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著傳統(tǒng)能源的日益枯竭和其造成的污染日益嚴重，各國政府對新能源汽車的期 待越來越強烈，期待它的出現(xiàn)能夠緩解目前我們所面臨的日益嚴峻的能源、環(huán)境壓力。作為 新能源汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)一電池技術(shù)因而被提到了一個重要的位置。由于鋰離子動力電 池在能量密度、功率性能等方面的優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。
[0003] 鋰離子電池運用范圍的不斷擴大，對于其運用條件的要求也愈加苛刻。隨之而來 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使用壽命和改善低溫下電池的穩(wěn) 定性，這是本行業(yè)面臨的機遇和挑戰(zhàn)。
[0004] 為了解決上述問題，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。但同時也造成電池成 本的提高，并使相關(guān)工藝更加復雜。另外，在不改變鋰電池原有配方和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過 外加熱的方式，對電池系統(tǒng)進行整體加熱保溫的方法，改變電池的使用環(huán)境溫度，也能達到 一定的優(yōu)化效果。但外加熱的方式，很難保證電池系統(tǒng)中每支電池及單支電池內(nèi)部溫度的 均勻性，致使電池穩(wěn)定性變差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上提出一種降低鋰離子電池使用環(huán)境溫度、改善 鋰離子電池在低溫環(huán)境下使用壽命的方法，采取預充電的方式，該方法通過在低溫環(huán)境使 用前，先對電池施加脈沖以提升電池自身溫度。即在低溫環(huán)境使用前，先對電池施加一定量 的脈沖電，使電池自身均勻的達到適宜的溫度。在不增加電池設(shè)計成本的同時，改善電池低 溫環(huán)境下的使用壽命。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0007] 在低溫環(huán)境使用前，首先檢測電池開路電壓（OCV)及溫度（T)，然后根據(jù)開路電壓 及溫度確定對電池施加的初始脈沖參數(shù)(不同體系電池參數(shù)略有不同，電池參數(shù)是指Vlls#、 R、K)，當電池溫度升高1?2°C，重新根據(jù)開路電壓及溫度調(diào)整脈沖參數(shù)，直至電池溫度達 到適宜的使用溫度。雖然不同體系的電池低溫環(huán)境界定范圍不同，但一般以〇°C為分界點， 以下為低溫環(huán)境，以上為適宜溫度。
[0008] 施加的脈沖可為恒流式脈沖或恒壓式脈沖。
[0009] 施加的脈沖為步進式脈沖。
[0010] 采用恒壓式脈沖時，所選定的電壓為vl|s#。
[0011] 恒流式脈沖方法，所選定的電流In = [(V^n-0CVn)/Rn]*K，VI|S#是指在相應(yīng)溫度 對電池進行充電出現(xiàn)析鋰的臨界電位，OCV為電池的起始電壓，R指相應(yīng)溫度下在起始狀態(tài) 時電池引起極化的阻抗能力，K為電流校正系數(shù)0.5?2.0,η為自然數(shù)，其中I1 <I2 <I3 <·..<Ιη。
[0012] 所實施的單個脈沖的時間為ImS?100S，優(yōu)選為ImS?IS。
[0013] 所實施的脈沖可為充電式、放電式和充放電式脈沖，優(yōu)選當SOC(由OCV確定）> 70%時，采用放電式；當30%彡SOC彡70%時，采用充放電式；當SOC< 30%時，采用充電式。
[0014] 上述方法適合于單體電池和電池系統(tǒng)。
[0015] 本發(fā)明的有益效果為：
[0016] 本發(fā)明通過步進式脈沖充放電方法將電池自身溫度提高到適宜的使用溫度后，再 進行正常的充放電，此種方法是根據(jù)電池溫度進行脈沖電流的選擇，隨著電池溫度的遞增， 脈沖電流也相應(yīng)遞增；由于此種方法脈沖幅寬較窄，在進行脈沖的過程中，不會對電池自身 性能造成惡化；此種方法會在較短時間內(nèi)提升電池溫度，且電池自身溫升均勻性好，從而降 低了電池使用環(huán)境的溫度，改善了電池在低溫環(huán)境下的使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1 :恒流充放電式脈沖時,脈沖電流、電池電壓與時間變化模擬曲線（I1脈沖電 流、h單脈沖時間）；
[0018] 圖2:恒流充放電式脈沖時，步進式電流與時間變化模擬曲線；
[0019] 圖3:恒流充電式脈沖電流與時間變化模擬曲線；
[0020] 圖4 :恒流放電式脈沖電流與時間變化模擬曲線；
[0021] 圖5 :電池表面溫升隨時間變化模擬曲線；
[0022] 圖6 :恒壓充電式脈沖時，脈沖電流、電池電壓與時間變化模擬曲線；
[0023] 圖7 :實施例1中脈沖前后電池阻抗圖譜。

【具體實施方式】
[0024] 下面的實施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制 本發(fā)明。
[0025] 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，只是在電池低溫使 用前采取脈沖式預充電自加熱的方法，使電池達到適宜的使用溫度，進而改善電池在低溫 環(huán)境下的使用壽命。
[0026] 首先進行鋰離子電池的制作工藝：
[0027] ①正極的涂布：將正極材料、炭黑、KS-15、聚偏二氟乙烯（PVDF)按照一定比例混 合、攪拌，然后進行正極涂布；
[0028] ②負極的涂布：將石墨、炭黑、LA-132、羧甲基纖維素（CMC)按照一定比例混合、攪 拌，然后進行負極涂布；
[0029] ③將①、②所得正負極片經(jīng)過烘烤、輥壓、裁片、配組、疊片、封裝工藝，制備好電池 -H- 心；
[0030]④注液工藝，注入 1.0mol/LLiPF6(EC:DEC:DMC=l:l:l)型的電解液；LOmol/ LLiPF6(EC:DEC:DMC=l:l:l)指LiPF6溶解于體積比為1:1:1的碳酸乙烯酯（EC)、碳酸二乙 酯（DEC)和碳酸二甲酯（DMC)的混合溶液中形成濃度為lmol/L的電解液；
[0031] ⑤進行預充化成工藝制得成品電池。
[0032] 主要實施方式如以下方案：
[0033]實施例
[0034]實施例1 :恒流式充放電
[0035] 按照上述方法制作容量為20Ah的電池，采用步進式恒流充放電脈沖的方式， 從-15°C起對電池進行自身預加熱試驗，共8步脈沖流程，單步脈沖時間0. 6S，溫度間隔為 2°C，V臨界被認定為4. 2V，OCV為3. 7V，K為L0,Rn已知，由In =[(V臨界n-0CVn)/Rn]*K計算 得In，在進行I1脈沖時，檢測電池溫度，當溫度達到_13°C時，轉(zhuǎn)為I2脈沖，按照下表電流進 行步進式脈沖直至電池溫度大于〇°C。
[0036] 參數(shù)見下表：
[0037]

【權(quán)利要求】
1. 一種改善裡離子電池在低溫環(huán)境下使用壽命的方法，其特征在于：該方法通過在低 溫環(huán)境使用前，先對電池施加脈沖W提升電池自身溫度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善裡離子電池在低溫環(huán)境下使用壽命的方法，其特征在 于；在低溫環(huán)境使用前，先對電池施加一定量的脈沖電，使電池自身均勻的達到適宜的溫 度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善裡離子電池在低溫環(huán)境下使用壽命的方法，其特征在 于；在低溫環(huán)境使用前，首先檢測電池開路電壓（OCV)及溫度（T)，然后根據(jù)開路電壓及溫 度確定對電池施加的初始脈沖參數(shù)，當電池溫度升高1?2C，重新根據(jù)開路電壓及溫度調(diào) 整脈沖參數(shù)，直至電池溫度達到適宜的使用溫度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善裡離子電池在低溫環(huán)境下使用壽命的方法，其特征在 于；施加的脈沖為恒流式脈沖或恒壓式脈沖。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善裡離子電池在低溫環(huán)境下使用壽命的方法，其特征在 于；施加的脈沖為步進式脈沖。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善裡離子電池在低溫環(huán)境下使用壽命的方法，其特征在 于；采用恒壓式脈沖時，所選定的電壓為Viisjf。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的改善裡離子電池在低溫環(huán)境下使用壽命的方法，其特征在 于；恒流式脈沖方法，所選定的電流I。= [(Viisj^"-〇CV")/R"]*K，是指在相應(yīng)溫度對電 池進行充電出現(xiàn)析裡的臨界電位，OCV為電池的起始電壓，R指相應(yīng)溫度下在起始狀態(tài)時電 池引起極化的阻抗能力，K為電流校正系數(shù)0.5?2.0, n為自然數(shù)，其中Ii < 12 < Is <1。。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的改善裡離子電池在低溫環(huán)境下使用壽命的方法，其特征 在于；所實施的單個脈沖的時間為ImS?100S，優(yōu)選為ImS?1S。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善裡離子電池在低溫環(huán)境下使用壽命的方法，其特征在 于；所實施的脈沖可為充電式、放電式和充放電式脈沖，優(yōu)選如下；當SOC (由OCV確定）> 70%時，采用放電式；當30%《SOC《70%時，采用充放電式；當SOC < 30%時，采用充電式。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善裡離子電池在低溫環(huán)境下使用壽命的方法，其特征在 于：該方法適合于單體電池和電池系統(tǒng)。
【文檔編號】H01M10/42GK104347896SQ201310340827
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月7日
【發(fā)明者】吳寧寧, 徐金龍, 宋韶靈, 李群 申請人:中信國安盟固利動力科技有限公司