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CN105576306A - 电池快速充电方法 - Google Patents

电池快速充电方法 Download PDF

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CN105576306A
CN105576306A CN201410553510.1A CN201410553510A CN105576306A CN 105576306 A CN105576306 A CN 105576306A CN 201410553510 A CN201410553510 A CN 201410553510A CN 105576306 A CN105576306 A CN 105576306A
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charging
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constant current
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骆福平
罗宇
王升威
高潮
郑强
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Dongguan Amperex Technology Ltd
Original Assignee
Dongguan Amperex Technology Ltd
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00711—Regulation of charging or discharging current or voltage with introduction of pulses during the charging process

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  • Power Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明提供了一种电池快速充电方法，其包括步骤：(1)以恒定电流I1充电，充电时间为t1；(2)以恒定电流I2充电，充电时间为t2；(3)以恒定电流I2放电，放电时间为t3，如此循环，直到到达电池的预充电电压；(4)到达电池的预充电电压后，静置时间为t4，以恒定电流I3充电，到达电池的截止电压后，以恒定电压充电直到截止电流I4；其中，I2<I1，t2<t1，t3<t1，I2<I3≤I1，I4≤I2。因为本发明的电池快速充电方法的脉冲充电阶段能够减小极化，所以可以增加整个脉冲充电的时间，而且大大提高了脉冲充电阶段的充电速度，从而能够缩短电池满充的时间。

Description

电池快速充电方法
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电池快速充电方法。
背景技术
锂离子电池经过20多年的发展，能量密度得到了极大提升，但是，锂离子电池技术发展到现在，能量密度的提升已经到了瓶颈阶段。在有限的能量密度下，提高电池的充电速度，可以有效提升用户的体验。因此，能实现快速充电的高能量密度锂离子电池将会在未来的竞争中脱颖而出。
在保证高能量密度的前提下，为了提高锂离子电池的充电速度，锂电工作者在改变电池活性材料、集流体，及优化电解液成分等方面做了大量的工作，使电池的快速充电性能得到很大的改善。但同时也造成电池成本的提高，并使相关工艺更加复杂。在不改变锂电池原有配方和结构的基础上，通过改变充电条件，也能达到一定的优化效果。
现有的充电是一种通过恒定电流持续充电至某一电位后在此电位恒压充电的方式。这种充电方式会使阴极电位不断升高，而阳极电位不断下降。当阳极电位达到0V以下时，会造成锂离子在阳极表面还原成锂金属而析出。特别是在低温条件下，由于锂电池自身离子和电子导电能力的下降，充电过程中会引起极化程度的加剧，持续充电的方式，会使得这种极化表现的愈加明显，同时增加了析锂形成的可能性，而锂枝晶在电极表面的积累，会极大地威胁到电池的安全性能。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电池快速充电方法，其能提高电池的充电安全性能。
本发明的另一目的在于提供一种电池快速充电方法，其能提高电池的充电速度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电池快速充电方法，其包括步骤：(1)以恒定电流I1充电，充电时间为t1；(2)以恒定电流I2充电，充电时间为t2；(3)以恒定电流I2放电，放电时间为t3，如此循环，直到到达电池的预充电电压；(4)到达电池的预充电电压后，静置时间为t4，以恒定电流I3充电，到达电池的截止电压后，以恒定电压充电直到截止电流I4；其中，I2<I1，t2<t1，t3<t1，I2<I3≤I1，I4≤I2。
本发明的有益效果如下：
本发明采用一个宽的大电流脉冲搭配一个窄的小电流脉冲的充电方式，以减小大脉冲电流充电所带来的极化，再用一个窄的小电流脉冲进行放电，进一步消除极化，由此，大大消除了电池的极化问题，减小电池的阳极表面锂离子浓度，从而避免阳极的锂析出，进而避免了由于阳极的锂析出而引发的电池的安全问题、提高了电池的充电安全性能。同时，因为本发明的电池快速充电方法的脉冲充电阶段能够减小极化，所以可以增加整个脉冲充电的时间，从而缩短电池满充的时间，而且大大提高了脉冲充电阶段(即充电前期)的充电速度。
附图说明
图1为根据本发明的电池快速充电方法的过程示意图；
图2为根据本发明的电池快速充电方法的实施例1的过程示意图；
图3为根据本发明的电池快速充电方法的对比例的过程示意图；
图4为图2的实施例1与图3的对比例的充电电压和充电SOC随时间的变化曲线图。
具体实施方式
下面参照附图来详细说明根据本发明的电池快速充电方法。
参照图1，根据本发明的电池快速充电方法包括步骤：(1)以恒定电流I1充电，充电时间为t1；(2)以恒定电流I2充电，充电时间为t2；(3)以恒定电流I2放电，放电时间为t3，如此循环，直到到达电池的预充电电压；(4)到达电池的预充电电压后，静置时间为t4，以恒定电流I3充电，到达电池的截止电压后，以恒定电压充电直到截止电流I4；其中，I2<I1，t2<t1，t3<t1，I2<I3≤I1，I4≤I2。
在本发明的电池快速充电方法中，大电流(I1)脉冲充电(即步骤(1))有利于缩短充电时间，而小电流(I2)脉冲充电(即步骤(2))一方面减小锂离子到达阳极表面的速度，从而减缓极化的产生；另一方面，给阳极表面锂离子向阳极内部的扩散一定的缓冲时间。本发明采用一个宽的(t1)大电流(I1)脉冲(即步骤(1))搭配一个窄的(t2)小电流(I2)脉冲(即步骤(2))的充电方式，以减小大脉冲电流充电所带来的极化，再用一个窄的(t3)小电流(I3)脉冲进行放电(即步骤(3))，进一步消除极化，由此，大大消除了电池的极化问题，减小电池的阳极表面锂离子浓度，从而避免阳极的锂析出，进而避免了由于阳极的锂析出而引发的电池的安全问题、提高了电池的充电安全性能。同时，因为本发明的电池快速充电方法的脉冲充电阶段能够减小极化，所以可以增加整个脉冲充电的时间，而且大大提高了脉冲充电阶段(即充电前期)的充电速度，从而能够缩短电池满充的时间。
在根据本发明的电池快速充电方法中，所述电池快速充电方法在常温下进行。
在根据本发明的电池快速充电方法中，电流值I1可为2.5C-3C，充电时间t1可为10s-30s；电流值I2可为0.02C-0.2C，充电时间t2可为1s-10s；I1/I2的范围可为12.5-125，t1/t2的范围可为2-10。电流值I2小于电流值I1，减缓以电流I1充电所产生的极化，充电时间t2小于充电时间t1，避免小电流脉冲的时间太长而影响充电速度。
在根据本发明的电池快速充电方法中，在步骤(3)中，放电时间t3可为1s-10s，t1/t3的范围可为3-10。放电时间t3为1s-10s，从而进一步降低阳极表面锂离子浓度，如果放电时间太长会影响整体充电速度，时间太短不足以消除极化。
在根据本发明的电池快速充电方法中，在步骤(4)中，静置时间t4可为10s-60s、电流值I3可为1.C-3.C、电流值I4可为0.01C-0.1C。静置时间t4为10s-60s，从而减小脉冲充电带来的极化，便于后续恒流充电，恒定电流I3为1.C-3.C，满足各种电池的所需，适应不同的取值范围。
在根据本发明的电池快速充电方法中，步骤(3)中，预充电电压可为V0-Vk，其中，V0为电池的临界电压值，Vk为避免阳极析锂所设置的低于临界电压的电压值。Vk主要是基于脉冲充电阶段会带来很大的极化，为了避免阳极电位过低导致析锂来进行设置的。
在根据本发明的电池快速充电方法中，4.2≤V0<4.5V；0<Vk≤0.05V。需说明的是，Vk不能设置过高，如果Vk设置过高，会降低脉冲充电阶段的预充电电压，从而减弱本发明的技术效果。
在根据本发明的电池快速充电方法中，在步骤(4)中，截止电压可为V0。
在根据本发明的电池快速充电方法中，在一实施例中，预充电电压为4.34V，截止电压为4.35V。
在根据本发明的电池快速充电方法中，所述的电池可为锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池、或镍镉电池。
下面说明采用根据本发明的电池快速充电方法的电池的实施例、对比例、测试过程及测试结果。
实施例1
一种由阴极、阳极、隔膜、电解液及包装壳，再通过组装、化成及陈化等工艺制成的电池。其中阴极由96.7％LiCoO2+1.7％PVDF(作为粘结剂)+1.6％SP(作为导电剂)混合组成，阳极由98％人造石墨+1.0％SBR(作为粘结剂)+1.0％CMC(作为增稠剂)混合组成，隔膜为PP/PE/PP复合膜，电解液由有机溶剂(30％EC+30％PC+40％DEC)与1mol/LLiPF6，再加入添加剂(0.5％VC、5％FEC、4％VEC)组成，其中百分比均为质量百分比。25℃时，此电池的满充充电容量(SOC)为1700mAh(0.2C)，截止电压V0为4.35V。在25℃的温度下，采用本发明的电池快速充电方法对此电池进行充电，具体步骤(参照图2)如下：
1)以恒定电流2.5C充电，充电时间为20s；
2)以恒定电流0.1C充电，充电时间为2s；
3)以恒定电流0.1C放电，放电时间为3s，如此循环，直到到达电池的预充电电压4.34V；
4)到达电池的预充电电压4.34V后，静置时间为30s，以恒定电流1.3C充电，到达电池的截止电压4.35V后，以恒定电压充电到截止电流0.05C。
实施例2
所采用的电池与实施例1相同。
在25℃的温度下，采用本发明的电池快速充电方法对此电池进行充电，具体步骤如下：
1)以恒定电流3C充电，充电时间为20s；
2)以恒定电流0.05C充电，充电时间为2s；
3)以恒定电流0.05C放电，放电时间为3s，如此循环，直到到达电池的预充电电压4.34V；
4)到达电池的预充电电压4.34V后，静置时间为30s，以恒定电流1.3C充电，到达电池的截止电压4.35V后，以恒定电压充电到截止电流0.05C。
实施例3
所采用的电池与实施例1相同。
在25℃的温度下，采用本发明的电池快速充电方法对此电池进行充电，具体步骤如下：
1)以恒定电流2.5C充电，充电时间为30s；
2)以恒定电流0.1C充电，充电时间为5s；
3)以恒定电流0.1C放电，放电时间为10s，如此循环，直到到达电池的预充电电压4.34V；
4)到达电池的预充电电压4.34V后，静置时间为10s，以恒定电流1.3C充电，到达电池的截止电压4.35V后，以恒定电压充电到截止电流0.05C。
实施例4
所采用的电池与实施例1相同。
在25℃的温度下，采用本发明的电池快速充电方法对此电池进行充电，具体步骤如下：
1)以恒定电流2.5C充电，充电时间为20s；
2)以恒定电流0.02C充电，充电时间为2s；
3)以恒定电流0.02C放电，放电时间为3s，如此循环，直到到达电池的预充电电压4.34V；
4)到达电池的预充电电压4.34V后，静置时间为20s，以恒定电流1.3C充电，到达电池的截止电压4.35V后，以恒定电压充电到截止电流0.1C。
实施例5
所采用的电池与实施例1相同。
在25℃的温度下，采用本发明的电池快速充电方法对此电池进行充电，具体步骤如下：
1)以恒定电流2.5C充电，充电时间为10s；
2)以恒定电流0.2C充电，充电时间为2s；
3)以恒定电流0.2C放电，放电时间为1s，如此循环，直到到达电池的预充电电压4.34V；
4)到达电池的预充电电压4.34V后，静置时间为30s，以恒定电流1.8C充电，到达电池的截止电压4.35V后，以恒定电压充电到截止电流0.05C。
实施例6
所采用的电池与实施例1相同。
在25℃的温度下，采用本发明的电池快速充电方法对此电池进行充电，具体步骤如下：
1)以恒定电流3C充电，充电时间为10s；
2)以恒定电流0.1C充电，充电时间为1s；
3)以恒定电流0.1C放电，放电时间为2s，如此循环，直到到达电池的预充电电压4.34V；
4)到达电池的预充电电压4.34V后，静置时间为60s，以恒定电流1C充电，到达电池的截止电压4.35V后，以恒定电压充电到截止电流0.05C。
实施例7
所采用的电池与实施例1相同。
在25℃的温度下，采用本发明的电池快速充电方法对此电池进行充电，具体步骤如下：
1)以恒定电流3C充电，充电时间为20s；
2)以恒定电流0.05C充电，充电时间为10s；
3)以恒定电流0.05C放电，放电时间为5s，如此循环，直到到达电池的预充电电压4.34V；
4)到达电池的预充电电压4.34V后，静置时间为60s，以恒定电流3C充电，到达电池的截止电压4.35V后，以恒定电压充电到截止电流0.01C。
对比例
所采用的电池与实施例1相同。
在25℃的温度下，采用常规的恒流恒压充电方法对此电池进行充电，具体的步骤(参照图3)为：步骤1)以1.3C进行恒流充电；步骤2)当电压达到电池的截止电压4.35V后，以恒定电压充电到截止电流0.05C。
测试方法与过程
所有充电过程均在Neware电池测试系统上进行(型号：BTS-4008-W)，并实时监控电池的充电电压和电流，采点间隔为1s。充电完成后进行SOC的计算，充电SOC的计算方法为：充电容量/额定容量。(充电容量为电流与时间的乘积。)
实施例1及对比例的测试结果如图4所示，实施例1-7及对比例的测试结果如表1所示。
实施例1及对比例中的电池的充电电压和充电SOC随时间的变化曲线如图4所示。其中，深色的曲线代表实施例1(其中黑色填充块部分是由于脉冲充电阶段电压呈跳跃式变化所致)，浅色的曲线代表对比例；实线代表充电电压，虚线代表充电SOC。从图4中的充电SOC的曲线可以看出，在脉冲充电阶段(即充电前期，图中所示约为60％SOC)，实施例1的充电SOC曲线的斜率要明显大于对比例的充电SOC曲线的斜率，所以实施例1与对比例相比，实施例1中的电池在脉冲充电阶段(即充电前期，图中所示约为60％SOC)的充电速度明显提高。
表1实施例1-7及对比例中的电池的SOC随时间的变化测试结果
表1列出了实施例1-7及对比例中的电池充电到不同SOC所需要的时间对比。从表1中可以看出，本发明的电池快速充电方法可以明显提高脉冲充电阶段(即充电前期，表1中所示约为80％SOC)的充电速度，从而能够缩短电池满充的时间。

Claims (10)

1.一种电池快速充电方法，其特征在于，包括步骤：
(1)以恒定电流I1充电，充电时间为t1；
(2)以恒定电流I2充电，充电时间为t2；
(3)以恒定电流I2放电，放电时间为t3，如此循环，直到到达电池的预充电电压；
(4)到达电池的预充电电压后，静置时间为t4，以恒定电流I3充电，到达电池的截止电压后，以恒定电压充电直到截止电流I4；
其中，I2<I1，t2<t1，t3<t1，I2<I3≤I1，I4≤I2。
2.根据权利要求1所述的电池快速充电方法，其特征在于，所述电池快速充电方法在常温下进行。
3.根据权利要求1所述的电池快速充电方法，其特征在于，
电流值I1为2.5C-3C，充电时间t1为10s-30s；
电流值I2为0.02C-0.2C，充电时间t2为1s-10s；
I1/I2的范围为12.5-125，t1/t2的范围为2-10。
4.根据权利要求3所述的电池快速充电方法，其特征在于，在步骤(3)中，放电时间t3为1s-10s，t1/t3的范围为3-10。
5.根据权利要求4所述的电池快速充电方法，其特征在于，在步骤(4)中，静置时间t4为10s-60s、电流值I3为1.C-3.C、电流值I4为0.01C-0.1C。
6.根据权利要求1所述的电池快速充电方法，其特征在于，步骤(3)中，预充电电压为V0-Vk，其中，V0为电池的临界电压值，Vk为避免阳极析锂所设置的低于临界电压的电压值。
7.根据权利要求6所述的电池快速充电方法，其特征在于，
4.2≤V0<4.5V；
0<Vk≤0.05V。
8.根据权利要求7所述的电池快速充电方法，其特征在于，在步骤(4)中，截止电压为V0。
9.根据权利要求8所述的电池快速充电方法，其特征在于，预充电电压为4.34V，截止电压为4.35V。
10.根据权利要求1所述的电池快速充电方法，其特征在于，所述的电池为锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池、或镍镉电池。
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