CN112054568A

CN112054568A - 一种快速充电的方法

Info

Publication number: CN112054568A
Application number: CN202010777535.5A
Authority: CN
Inventors: 张振朋; 张静娴; 李根雨
Original assignee: Hunan Xinminya New Energy Technology Co Ltd; Sichuan Xinminya Battery Technology Co Ltd; Suzhou Lingwei New Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Hunan Xinminya New Energy Technology Co Ltd; Sichuan Xinminya Battery Technology Co Ltd; Suzhou Lingwei New Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2020-08-05
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2020-12-08

Abstract

本申请提供一种快速快速充电的方法，所述方法包括：提供处于空电状态的电池；以所述电池在第一荷电状态的最大充电倍率充电至第一荷电状态；以所述电池在第二荷电状态的最大充电倍率充电至第二荷电状态；以所述电池在第m荷电状态的最大充电倍率充电至第m荷电状态；以此类推直到以所述电池在第N荷电状态的最大充电倍率充电至第N荷电状态。本申请所述的快速充电的方法，随着电池电量的增加，充电电流递减，让充电电流尽量的靠近最佳充电曲线，从而使电池充电时不发生析锂现象，缩短充电时间，提高安全性，可以在不危害电池的使用寿命和安全性能的情况下快速对电池进行充电。

Description

一种快速充电的方法

技术领域

本申请涉及动力电池储能技术领域，尤其涉及一种快速充电的方法。

背景技术

环境危机、能源短缺等问题使环保、可循环利用的清洁能源，锂离子电池越来越受到关注，由于比能量高、循环寿命长、无记忆效应等优势，锂离子电池广泛运用在手机、笔记本电脑、新能源汽车和储能等产品中，但锂离子电池的快速充电问题一直未得到有效解决。

锂离子电池充电过程受到许多化学反应速率的限制。以石墨体系的锂离子电池为例，大倍率充电时，电流越大，在负极界面的极化就越大，易形成析锂，危害电池的使用寿命及安全性能。随着温度的降低、充电倍率的增大，析锂越严重，这就要求对电池应用时，要尽量使用小倍率充电。但是根据市场的需求，实际使用锂电池时，又要求充电时间尽量短，这就要求使用大倍率充电。因此在制定锂电池充电方法时，需平衡市场要求和电池性能。

发明内容

本申请提供一种快速充电的方法，可以在不危害电池的使用寿命和安全性能的情况下快速对电池进行充电。

本申请提供一种快速充电的方法，包括：提供处于空电状态的电池；分别获取所述电池在第一荷电状态，第二荷电状态，第m荷电状态，......第N荷电状态的最大充电倍率，其中，所述获取第m荷电状态的最大充电倍率的方法包括：提供处于空电状态的电池；获取所述电池在不同充电倍率下充电至第m荷电状态后静置第一时间的电压曲线；根据所述电压曲线获得所述电池充电至第m荷电状态的最大充电倍率；根据所述电池在第一荷电状态，第二荷电状态，第m荷电状态，......第N荷电状态的最大充电倍率确定充电方法。

在本申请的一些实施例中，获取所述电池在不同充电倍率下充电至第m荷电状态后静置第一时间的电压曲线的方法包括：将所述电池在第一充电倍率下充电至第m荷电状态后静置第一时间；获取所述电池在所述第一时间内的电压曲线；将所述电池放电至空电状态后静置第二时间；调整充电倍率重复上述步骤直至获取所述电池在不同充电倍率下充电至第m荷电状态后静置第一时间的电压曲线。

在本申请的一些实施例中，所述第二时间为0.2小时至1小时。

在本申请的一些实施例中，所述不同充电倍率包括0.1C、0.2C、0.33C、0.5C、1C、1.5C、2C、3C、3C、4C、5C。

在本申请的一些实施例中，所述第m荷电状态包括10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、97％、100％。

在本申请的一些实施例中，所述第一时间为0.5小时至4小时。

在本申请的一些实施例中，获取所述电压曲线数据的间隔时间为20秒至120秒。

在本申请的一些实施例中，根据所述电压曲线获得所述电池充电至第m荷电状态的最大充电倍率的方法包括：根据所述电压曲线判断所述电池充电至第一荷电状态时是否发生析锂。

在本申请的一些实施例中，根据所述电压曲线判断所述电池充电至第m荷电状态时是否发生析锂的方法包括：所述电压曲线有明显峰值则所述电池充电至第一荷电状态时发生析锂。

在本申请的一些实施例中，根据所述电压曲线判断所述电池充电至第m荷电状态时是否发生析锂的方法包括：所述电压曲线无明显峰值则所述电池充电至第一荷电状态未发生析锂。

在本申请的一些实施例中，根据所述电池在第一荷电状态，第二荷电状态，第m荷电状态，......第N荷电状态的最大充电倍率确定充电方法的方法包括：以所述电池在第一荷电状态的最大充电倍率充电至第一荷电状态；以所述电池在第二荷电状态的最大充电倍率充电至第二荷电状态；以所述电池在第m荷电状态的最大充电倍率充电至第m荷电状态；以此类推直到以所述电池在第N荷电状态的最大充电倍率充电至第N荷电状态。

本申请所述的快速充电的方法，随着电池电量的增加，充电电流递减，让充电电流尽量的靠近最佳充电曲线，从而使电池充电时不发生析锂现象，缩短充电时间，提高安全性，可以在不危害电池的使用寿命和安全性能的情况下快速对电池进行充电。

附图说明

以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：

图1为实施例1中以5C充电后静置第一时间的电压曲线；

图2为实施例1中以4C充电后静置第一时间的电压曲线；

图3为实施例1中电池的快速充电方法示意图；

图4为实施例1中电池快速充电循环曲线；

图5为实施例2中以5C充电后静置第一时间的电压曲线；

图6为实施例2中以4C充电后静置第一时间的电压曲线。

具体实施方式

以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本申请不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。

下面结合实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明。

在对锂电池进行充电时，充电倍率越大，电流越大，在负极界面的极化就越大，易形成析锂，危害电池的使用寿命及安全性能。但是根据市场的需求，实际使用锂电池时，又要求充电时间尽量短，这就要求使用大倍率充电。为了平衡充电时间和充电倍率，可以采用阶梯充电方法，随着充电电量的增加，充电电流递减，这就要求确定不同电量下，电池能承受的最大电流。

确定不同电量下的最大充电电流可以采用以下两种方法。

其中一种方法是利用常用工艺制备出三电极电池，利用三电极电池获取锂离子电池充电时的析锂边界窗口，根据析锂边界窗口设计一个快速阶梯充电方法。但是三电极电池制作工艺复杂，稳定性差，成功率低，实际使用效果不良。

另外一种方法是设定两组试验：以不同充电倍率充电至SOC1(SOC为电池的荷电状态State of charge)，相同倍率放电，循环多次，根据电池容量保持率和电池拆解后负极界面确定析锂倍率，确定SOC1下的最大充电倍率；按照以上方法，调整SOC₁至其他SOC条件，以此确定不同SOC下的最大充电倍率。但是该方法要求电芯数量多、使用测试资源多、试验周期长，不利于生产研发。

针对上述问题，本申请提供一种快速充电的方法，按照不同倍率对电池进行充电至不同SOC，静置一定时间，根据电池的电压曲线进行数据处理，判定电池是否析锂，以此确定电池不同SOC下的最大充电倍率，该方法工艺简单、操作性强、效率高，所述快速充电的方法随着电池电量的增加，充电电流递减，可以在不危害电池的使用寿命和安全性能的情况下快速对电池进行充电。

本申请的实施例提供一种快速充电的方法，包括：提供处于空电状态的电池；分别获取所述电池在第一荷电状态(SOC₁)，第二荷电状态(SOC₂)，第m荷电状态(SOC_m)，......第N荷电状态(SOC_N)的最大充电倍率，其中，所述获取第m荷电状态(SOC_m)的最大充电倍率的方法包括：提供处于空电状态的电池；获取所述电池在不同充电倍率下充电至第m荷电状态(SOC_m)后静置第一时间的电压曲线；根据所述电压曲线获得所述电池充电至第m荷电状态(SOC_m)的最大充电倍率；根据所述电池在第一荷电状态(SOC₁)，第二荷电状态(SOC₂)，第m荷电状态(SOC_m)，......第N荷电状态(SOC_N)的最大充电倍率确定充电方法。

具体地，本申请所述快速充电的方法可以如下所述。

提供需要充电的空电状态的电池。所述电池例如为锂电池。

获取所述电池在SOC₁的最大充电倍率。

其中，获取所述电池在SOC₁的最大充电倍率的方法包括：将所述电池在第一充电倍率下充电至SOC₁后静置第一时间。在本申请的一些实施例中，所述第一时间为0.5小时至4小时。所述第一时间不能太短，否则所述电池在所述第一时间内的电压曲线太短，可能来不及出现峰值；所述第一时间也不能太长，否则花费时间较多，效率较低。

获取所述电池在SOC₁的最大充电倍率的方法还包括：获取所述电池在所述第一时间内的电压曲线。在本申请的一些实施例中，获取所述电压曲线数据的间隔时间为20秒至120秒。所述间隔时间不能太短，否则获取数据的次数太多，效率较低；所述间隔时间不能太长，否则可能错过峰值。

获取所述电池在SOC₁的最大充电倍率的方法还包括：将所述电池放电至空电状态后静置第二时间。在本申请的一些实施例中，所述第二时间为0.2小时至1小时。静置第二时间的目的是等待电池内部反应平衡稳定下来。所述第二时间不能太短，否则电池内部可能还没稳定，影响后续测试；所述第二时间也不能太长，否则花费时间较多，效率较低。

获取所述电池在SOC₁的最大充电倍率的方法还包括：调整充电倍率重复上述步骤直至获取所述电池在不同充电倍率下充电至SOC1后静置第一时间的电压曲线。在本申请的一些实施例中，所述不同充电倍率包括0.1C、0.2C、0.33C、0.5C、1C、1.5C、2C、3C、3C、4C、5C。所述不同充电倍率之间的阶梯跨度不能太小，否则需要测试的次数太多，效率较低；所述不同充电倍率之间的阶梯跨度也不能太大，否则测试结果可能不精确，错过最大充电倍率。

获取所述电池在SOC₁的最大充电倍率的方法还包括：根据所述电池在不同充电倍率下充电至SOC₁后静置第一时间的电压曲线获得所述电池充电至SOC₁的最大充电倍率。具体地，根据所述电压曲线判断所述电池充电至SOC₁时是否发生析锂。其中，当所述电压曲线有明显峰值时则所述电池充电至SOC₁时发生析锂；当所述电压曲线无明显峰值时则所述电池充电至SOC₁时未发生析锂。其中，所述若干充电倍率中，未发生析锂的最大充电倍率就是所述电池在SOC₁的最大充电倍率。

电池在不同倍率充电后，锂电池内部会出现极化过程。充电后静置一段时间，未出现析锂的电池电压会迅速降低，然后趋于稳定，其电压曲线呈快速下降趋势；而出现析锂的电池在静置时发生锂回迁的过程，压降会先下降，再回升后，再次下降，最后趋于稳定不变，其电压曲线会有明显峰值。所以可以通过充电后静置过程的电压曲线来判断是否析锂，然后根据不同倍率下充电后的析锂情况，得出允许的最大充电倍率。

采用同样的方法来获取所述电池在SOC₂的最大充电倍率。以此类推，直到获取所述电池在其他SOC的最大充电倍率。在本申请的一些实施例中，所述荷电状态包括10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、97％、100％。例如，第一荷电状态为10％，第二荷电状态为20％，第三荷电状态为30％，......第N荷电状态为100％。

最后，根据所述电池在第一荷电状态，第二荷电状态，第m荷电状态，......第N荷电状态的最大充电倍率确定充电方法。所述充电方法为：以所述电池在第一荷电状态的最大充电倍率充电至第一荷电状态；以所述电池在第二荷电状态的最大充电倍率充电至第二荷电状态；以所述电池在第m荷电状态的最大充电倍率充电至第m荷电状态；以此类推直到以所述电池在第N荷电状态的最大充电倍率充电至第N荷电状态。

以上述充电方法对电池进行充电，随着电池电量的增加，充电电流递减，让充电电流尽量的靠近最佳充电曲线，从而使电池充电时不发生析锂现象，缩短充电时间，提高安全性，可以在不危害电池的使用寿命和安全性能的情况下快速对电池进行充电。

以下，通过列举具体实施例来进一步详细说明本申请技术方案，但本申请并不受实施例的任何限定，本领域人员可以在不改变发明内容的范围内适当变更来实施。

实施例1

提供需要充电的空电状态的电池。所述电池为按照常规工艺制备的10Ah软包电池。所述电池以1C放电至2.8V，处于空电状态。

在25摄氏度下，对所述电池按照表1的步骤进行充放电，并记录所述电池充电后静置第一时间的电压数据。

表1

步骤	说明
		1	以nC倍率恒流充电至10％SOC
2	静置2小时
		3	以1C放电至2.8V
4	静置0.5小时
		5	改变n，循环步骤1-4

表1为对电池进行充放电的步骤说明。其中，所述n包括0.1、0.2、0.33、0.5、1、1.5、2、3、3、4、5。

对所述电池充电后静置第一时间的电压数据进行处理，每间隔60获取电压数值，获得电压曲线。图1为实施例1中以5C充电后静置第一时间的电压曲线。参考图1，所述电压曲线有明显峰值，说明电池内部发生析锂，5C充电倍率不能选用。图2为实施例1中以4C充电后静置第一时间的电压曲线。参考图2，所述电压曲线无明显峰值，说明电池内部未发生析锂，得出10％SOC下最大充电倍率可以为4C。

表2为以不同充电倍率充电至10％SOC的析锂情况。

表2

充电倍率	析锂情况
		0.1C	无析锂
0.2C	无析锂
		0.33C	无析锂
0.5C	无析锂
		1C	无析锂
2C	无析锂
		3C	无析锂
4C	无析锂
		5C	析锂

参考表2，未发生析锂的最大充电倍率为4C。因此得出10％SOC下最大充电倍率可以为4C。

选用多个电池，按照上述方法，分别获取电池在其他荷电状态(20％SOC，30％SOC，40％SOC，......90％SOC，95％SOC，97％SOC等)下的最大充电倍率。若在nC倍率下充电，充电到设定SOC电量前即达到了截止电压，则认为该SOC下无法满足nC倍率充电。例如，设定2C恒流充电至95％SOC，但是在充电容量达到95％SOC之前即达到了截止电压，则认为95％SOC下无法满足2C倍率充电。表3为电池在不同荷电状态下的最大充电倍率。

表3

SOC	最大充电倍率
		10％	4C
20％	4C
		30％	4C
40％	4C
		50％	4C
60％	4C
		70％	3C
80％	2C
		90％	1.5C
95％	0.5C
		97％	0.2C

将表3中的数据制成折线图。图3为实施例1中电池的快速充电方法示意图。

参考表3和图3，按照上述快速充电策略对待充电池进行充电。将待充电池以4C电流进行充电，在电量达到60％之前，切换充电电流至3C继续充电，在电量达到70％之前，切换充电电流至2C继续充电，在电量达到80％之前，切换充电电流至1.5C，在电量达到90％之前，切换充电电流至0.5C，在电量达到95％之前，切换充电电流至0.2C，充电至97％之前，切换充电电流至要求的最小倍率nc(n根据实际要求确定)，充电到100％SOC，完成充电。

按照上述快速充电方法对电池充电，1C放电至空电，循环100周，记录每次充放电后的容量保持率。图4为实施例1中电池快速充电循环曲线。参考图4，按照本申请实施例提供的快速充电方法对所述电池充放电100次后，电池的容量保持率为99.1％。此外，电池拆解后电芯界面良好，无析锂。可知电池在整个充电过程中一直处在不析锂的状态下，循环性能良好，该充电方法既满足快速充电，又不发生析锂。

实施例2

表1

对所述电池充电后静置第一时间的电压数据进行处理，与实施例1不同的是，调整获取电压数据的间隔时间，从60秒调整到每间隔120秒获取电压数值，获得电压曲线。图5为实施例2中以5C充电后静置第一时间的电压曲线。参考图5，所述电压曲线有明显峰值，说明电池内部发生析锂，5C充电倍率不能选用。图6为实施例2中以4C充电后静置第一时间的电压曲线。参考图6，所述电压曲线无明显峰值，说明电池内部未发生析锂，得出10％SOC下最大充电倍率可以为4C。调整了处理电压数据的方法，数据处理的参数不同，但是获取的不同SOC下最大充电倍率一致，获取的电池的快速充电方法也一致。说明所述电池的快速充电方法已经是最能兼顾充电速度和电池性能的方法。

综上所述，在阅读本申请内容之后，本领域技术人员可以明白，前述申请内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改都在本申请的示例性实施例的精神和范围内。

应当理解，本实施例使用的术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意或全部组合。应当理解，当一个元件被称作“连接”或“耦接”至另一个元件时，其可以直接地连接或耦接至另一个元件，或者也可以存在中间元件。

还应当理解，术语“包含”、“包含着”、“包括”或者“包括着”，在本申请文件中使用时，指明存在所记载的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

还应当理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。因此，在没有脱离本申请的教导的情况下，在一些实施例中的第一元件在其他实施例中可以被称为第二元件。相同的参考标号或相同的参考标记符在整个说明书中表示相同的元件。

此外，本申请说明书通过参考理想化的示例性截面图和/或平面图和/或立体图来描述示例性实施例。因此，由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此，不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状，而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。因此，在图中示出的区域实质上是示意性的，其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。

Claims

1.一种快速充电的方法，其特征在于，包括：

提供处于空电状态的电池；

分别获取所述电池在第一荷电状态，第二荷电状态，第m荷电状态，......第N荷电状态的最大充电倍率，其中，所述获取第m荷电状态的最大充电倍率的方法包括：

提供处于空电状态的电池；

获取所述电池在不同充电倍率下充电至第m荷电状态后静置第一时间的电压曲线；

根据所述电压曲线获得所述电池充电至第m荷电状态的最大充电倍率；

根据所述电池在第一荷电状态，第二荷电状态，第m荷电状态，......第N荷电状态的最大充电倍率确定充电方法。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述电池在不同充电倍率下充电至第m荷电状态后静置第一时间的电压曲线的方法包括：

将所述电池在第一充电倍率下充电至第m荷电状态后静置第一时间；

获取所述电池在所述第一时间内的电压曲线；

将所述电池放电至空电状态后静置第二时间；

调整充电倍率重复上述步骤直至获取所述电池在不同充电倍率下充电至第m荷电状态后静置第一时间的电压曲线。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二时间为0.2小时至1小时。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同充电倍率包括0.1C、0.2C、0.33C、0.5C、1C、1.5C、2C、3C、3C、4C、5C。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第m荷电状态包括10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、97％、100％。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一时间为0.5小时至4小时。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述电压曲线数据的间隔时间为20秒至120秒。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电压曲线获得所述电池充电至第m荷电状态的最大充电倍率的方法包括：根据所述电压曲线判断所述电池充电至第一荷电状态时是否发生析锂。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述电压曲线判断所述电池充电至第m荷电状态时是否发生析锂的方法包括：所述电压曲线有明显峰值则所述电池充电至第一荷电状态时发生析锂。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述电压曲线判断所述电池充电至第m荷电状态时是否发生析锂的方法包括：所述电压曲线无明显峰值则所述电池充电至第一荷电状态未发生析锂。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电池在第一荷电状态，第二荷电状态，第m荷电状态，......第N荷电状态的最大充电倍率确定充电方法的方法包括：

以所述电池在第一荷电状态的最大充电倍率充电至第一荷电状态；

以所述电池在第二荷电状态的最大充电倍率充电至第二荷电状态；

以所述电池在第m荷电状态的最大充电倍率充电至第m荷电状态；

以此类推直到以所述电池在第N荷电状态的最大充电倍率充电至第N荷电状态。