[发明专利]评估锂二次电池的寿命和安全性的方法

说明书

技术领域

本发明评估锂二次电池的寿命和安全性的方法属于二次电池领域，特别是涉及锂二次电池的快速评估方法。

背景技术

循环寿命和安全性是锂二次电池的重要指标，现行的电池标准都需要对锂二次电池的循环寿命和安全性进行测量。UL1642标准规定，安全性测试项目所用的电池，需要是新的和充放电循环过的，充放电循环的制度是按照制造商推荐的充放电制度，循环至标称循环寿命的25％周次时或连续循环90天终止。IEC标准规定，安全性测试项目所用的电池，需要是完全充电的和刚生产完的电池；循环测试的制度是1C充放。GB/18287《蜂窝电话用锂离子电池总规范》规定，试验所需电池或电池组的制造期限不应超过3个月；循环测试的制度是1C充放。QC/T 743—2006《电动道路车辆用锂离子蓄电池》规定，出厂检验，每一批产品出厂前应在该批产品中随机抽样进行出厂检验；循环测试的制度是，以1I₃(A)恒流充电，至蓄电池电压达4.2V时转恒压充电，至充电电流降至0.1I₃时停止充电，以1.5I₃(A)电流放电。

现在的专利文献只有介绍如何做安全的锂电池，如何达到上述标准的安全性能，对于如何快速地测试和了解电池的安全性，没有报道。一般制造商推荐的充放电循环制度，是0.5~1C充放，也有2C恒流恒压充电，再按制造商设计的放电倍率放电，如10C放电，仅测试寿命，不测试循环后的安全性。

现行标准和做法的不足之处是：一、使用新电池做安全性测试，不能反映电池在使用过程中的安全性；二、按照现行的循环制度先循环再测试电池的安全性，需要很长的时间，正常生产条件下，不能及时了解电池在将来使用时的安全性能，货物已经出给客户。一般使用0.5C充放300周的25％即75周，也需要~20天时间。三、UL1642使用25％循环之后的电池做安全测试，不能反映电池使用中期和末期的安全性能，一般循环使用过程中，末期的安全性能较差。四、不同的循环制度，对电池的安全性影响不同，一般充放倍率大的制度循环之后，电池的安全性较差，现在的锂二次电池一般使用0.5~1C的倍率循环，不能体现大倍率充放循环之后的安全性能。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种快速简单的方法，评估锂二次电池的寿命和安全性，及时了解锂二次电池的循环寿命和循环后的安全性能。

随着快充电池的发展，现在已经有6~10C充放电的锂二次电池。我们在研究开发高安全性快充型聚合物锂离子电池过程中，发现：

1.循环后的电池安全性比新鲜的电池安全性差，并且循环多次数的电池安全性比循环少次数的电池安全性差：刚生产出来的锂二次电池，在生产过程中仅用小倍率进行充放电，没有经过反复多次的充放电循环，一般的设计都是负极容量比正极容量稍多，负极上不会产生金属锂析出，对新鲜的锂二次电池做安全性测试，其安全性能较好。锂二次电池经过多次充放电循环后，虽然正极片上正极活性物质分布是均匀的或在合适的分布范围之内，负极片上负极活性物质分布也是均匀的或在合适的分布范围之内，并且负极是适当过量的，但是，在反复多次的充放电循环过程中，电流的分布是不均匀的，在电流分布密集的地方，负极表面会产生金属锂析出，并且是累积的，对循环后的锂二次电池做安全性测试，其安全性能较差。

2.大倍率循环过的电池安全性比小倍率循环过的电池安全性差：由于电池内部结构不同和充放电倍率不同，电流在极片上的分布不同，电池经过大倍率充放电循环后，电池不适应大倍率充放电的地方就会表露出来，在电流分布密集的地方，容易发生析锂，使电池的安全性能变差。

3.循环寿命差的电池，循环后安全性差：经过大量测试，对循环后的电池分为循环寿命好的、中等的、差的，再对这些循环后的电池做安全性测试，结果是循环寿命好的电池，循环后安全性较好；循环寿命差的电池，循环后安全性较差。原因是极片均匀或组装良好，在反复多次的充放电循环过程中，负极表面不容易产生金属锂析出，循环寿命较好，循环后的安全性也较好；极片不均匀或组装不良，在反复多次的充放电循环过程中，电流的分布也是不均匀的，在负极不足的地方，或在电流分布密集的地方，负极表面会产生金属锂析出，这些析出的金属锂变得没有活性，不能返回正极，循环寿命变得较差，循环后的安全性也较差。