[发明专利]一种快速构建锂电池低温安全充电制度的方法

说明书

本发明公开了一种快速构建锂电池低温安全充电制度的方法，可实现负极无析锂状态下实现高效率满充，有效避免负极析锂，快速构建安全高效的充电制度。首先在锂电池原位植入三电极，其次获得室温下电池充电曲线，低温下电池充电析锂特征曲线拐点，根据室温下电池充电曲线可知一定电压下对应的预期容量，根据析锂电压确定恒流充电截止电压，制定“恒流充电‑析锂电压‑恒压充电‑预期容量‑恒流充电”循环充电制度，直至电池充满，改变温度、电流得到适合不同工况下的充电制度。该方法在保证电池无析锂状态下实现高效率满充，且科学合理，适应性强。

技术领域

本发明属于锂电池电芯技术领域，具体涉及一种快速构建锂电池低温安全充电制度的方法。

背景技术

锂电池作为储能电源系统，常应用于电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等诸多领域，现阶段锂电池已逐步向电动自行车、电动汽车等领域拓展。但随着北方冬季的到来，环境温度降低，锂电池在实际应用过程中的问题也逐渐暴露，其中续航里程陡减，充电电池臌胀，电池寿命降低等故障频出。

锂电池工作原理为锂离子在正、负极之间的迁移实现储能和放电，其迁移过程受温度影响很大，温度降低，电池正、负极材料的动力学变差，电解液粘度上升、电导率下降等，致使电池放电容量小，续航里程短；充电电池极化大，易形成负极析锂，严重时会刺穿隔膜，引起电池短路、起火。其中低温充电对电池自身损伤较大，且往往是不可逆的，所以优化低温条件下锂电池充电策略意义深远。传统锂电池规格书包含电池充电最大允许倍率，部分用户会根据自身应用场景做出调整，常见的优化低温环境下充电的方式有：添加外附加热装置，例如专利CN202120056797.2在锂电池外壳上装配加热板，该系统利用加热控制器以及加热板可以在低温环境下及时给锂电池加热，从而避免低温环境充电的安全隐患；改变充电策略，例如专利CN201410252579.0不借助外部加热，利用电池管理系统实时检测电池温度，利用电池管理系统读取一预设规则，其定义了多个连续的温度范围，每个温度范围对应一个充电截止电压，以确保在特定的温度特定的倍率下充至特定的电压，无析锂产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速构建锂电池低温安全充电制度的方法，前提是在电池原位植入三电极，通过三电极特征曲线拐点判定是否析锂，其更为准确，低温环境中在允许最大充电电流下恒流充至析锂电压，转恒压充电至预期容量，再转恒流充电，重复“恒流充电-析锂电位-恒压充电-预期容量-恒流充电”，直至电池充满。该方法与传统低温条件下充电对比，能保证负极无析锂条件下高效满充。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种快速构建锂电池低温充电制度的方法，采用的技术路线如下：

1.提供三电极电池，在制备锂电池叠片阶段植入三电极，叠片时隔膜空卷收尾，负极外移留出空位，三电极放置于空位中，其选用三电极铜丝直径尽量小，优选小于40μm；

2.室温下以不大于电池最大允许电流I₁对电池充电，得到电压和容量的对应曲线，记为预期容量Q(包含Q₁/Q₂/Q₃...)；

3.低温条件下以I₁电流对电池恒流充电，同时监测电池电压和负极电位，负极析锂为负极电位在0V以下出现电池电压下降、负极电位上升或单独负极电位上升，析锂时记录负极电位及对应的电池电压，该电池电压记为析锂电压V₁；

4.无析锂时以恒流充电-恒压充电至电池满充结束；析锂时以恒流充电至析锂电压V₁，转恒压充电至该电压下的预期容量Q₁；

5.接着仍以I₁中电流充电，监控电池电压和负极电位，根据负极电位特征曲线拐点判定是否析锂，析锂时记录负极电位及电池电压，该电池电压记为析锂电压V₂；