[发明专利]一种石墨电极充电状态的原位观测的方法及其装置

说明书

本发明公开了一种石墨电极充电状态的原位观测装置，包括一上端开口的石英盒，其内装设有电解液；一组工作电极，其包括呈边对边平行紧贴于所述石英盒内壁的正极和负极；以及一盖板，其上开设有两极耳引出孔和一注液孔；两所述极耳引出孔上均设置有极耳，两所述极耳的下端分别对应连接所述正极和负极，上端与电源连接，还公开了一种采用上述装置的石墨电极充电状态的原位观测方法。本发明提供的观测装置结构简单，观测方便，方便计算结果，准确高效。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种石墨电极充电状态的原位观测的方法及其装置。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、循环寿命长的优点，是目前和未来在混合动力汽车和纯电动汽车上非常有前景的能量储存装置。石墨由于安全性高、成本低、循环性能稳定，因此被用作许多商业锂离子电池的电极材料。如何直观简单地计算全电池实时的SOC对于研究锂离子电池性能和寿命是非常重要的。因而，不少学者对锂离子电池石墨电极进行了原位观测。

充电状态是用来描述电池使用过程中可充入和放出容量的重要参数，其数值定义为电池剩余容量与电池容量的比值。目前，对电池SOC的估算方法主要有：放电实验法、电量累积法、开路电压法、人工神经网络法、卡尔曼滤波法等。

放电实验法具有可靠，精度高的优点，缺点是需要较长时间，测量时电池必须处于脱机状态。电量累积法是一种简单、可靠的估计方法，缺点是由于电流测量精度的原因会导致累计误差。开路电压法简单易行，精度较高，缺点是电池组需要静置较长时间达到稳定状态，以克服自恢复效应。卡尔曼滤波法不仅能够获得SOC的估计值，还能得到其估计误差，缺点是需要建立准确的电池模型，运算量较大，能力要求高。人工神经网络法快速、方便，具有较高精度，可以由现场工况来确定电池的SOC，缺点是估计误差受数据和训练方法的影响大，而且需要大量的训练数据。

室温下，石墨的嵌锂过程会形成多种锂-石墨层间化合物：LiC₇₂、LiC₃₆、LiC₂₇、LiC₁₈、LiC₁₂和LiC₆。有些锂-石墨层间化合物具有区别于原始灰黑色的独特颜色，如LiC₁₈、LiC₁₂和LiC₆，分别为深蓝色、红色和金色。

因此，提供一种技术手段直观简单地计算全电池实时的SOC值，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明为解决现有技术中上述缺陷，提供了一种石墨电极充电状态的原位观测的方法及其装。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种石墨电极充电状态的原位观测装置，包括：

一上端开口的石英盒，其内装设有电解液；

一组工作电极，其包括呈边对边平行紧贴于所述石英盒内壁的正极和负极；以及

一盖板，其上开设有两极耳引出孔和一注液口；两所述极耳引出孔上均设置有极耳，两所述极耳的下端分别对应连接所述正极和负极，上端与电源连接。

优选地，所述石英盒四面的上边缘向盒外水平延伸形成盒檐，所述盖板置于所述盒檐上。

优选地，所述电极包括负极活性层90-99％石墨、粘合剂、负极集流体铜箔；所述电极包括正极活性层LiFePO₄、正极集流体铝箔。

优选地，所述粘结剂为SBR丁苯橡胶和CMC羧甲基纤维素的混合物。

优选地，所述负极的石墨活性层面积为1-6mm×5-10mm，容量为1-3mAh，所述负极的LiFePO₄活性层面积1-6mm×20-40mm，容量为2-4mAh。