[发明专利]一种锂电池充电器及其充放电状态监测方法

说明书

本发明涉及一种锂电池充电器及其充放电状态监测方法，装置包括外壳和设置在其内的锂电池充电器电路；外壳上设有输入端接电端和线性输出端接线端，锂电池充电器的芯片分别连接设置在外壳上的触摸屏、旋钮、指示灯、USB接口，线性输出端接线端用于连接待充电电器。方法包括连接输入端接电端与电源，连接线性输出端接线端与待充电电器；芯片通过温度传感器检测环境温度，若不在充电器工作温度范围内则蜂鸣器报警；否则，执行用户设置充电参数的步骤，及芯片根据充电参数控制充电电路对待充电电池进行充电的步骤直到充电完成。本发明的充电器可同时为三个不同类型的电池充电，根据电量检测结果设置不同的充电电流大小，降低充电过程中锂镀的发生。

技术领域

本发明涉及锂电池充电器产品技术领域，尤其涉及一种可靠程度高、使用范围广、能延长锂电池使用寿命的锂电池充电器其充放电状态监测方法。

背景技术

锂离子电池主要由可存储锂的正负极材料、隔膜以及非水电解质组成，它主要依靠锂离子在正极与负极之间移动来工作。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，锂离子从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。由于锂离子电池具有能量密度高、输出电压高、循环性能优越以及无记忆效应等优点，其被广范应用于智能手机、智能音箱、智能机器人、笔记本电脑、无人机、可穿戴设备、儿童玩具、电子烟、电动手工具、电动自行车、纯电动或混合插电汽车以及绿色能源储能电站等领域。2014年中国锂离子电池产量为52.78亿只，2017年中国锂电池产量突破100亿只，增速达27.81％，2018年预计全国锂电池产量为121亿只。

然而，锂离子电池在实际应用过程中的使用寿命远远达不到人们的需要。在日常生活中经常发现锂离子电池在长期使用后会有严重的容量衰退即老化现象。有研究报道指出，锂离子电池在长期电化学循环过程中的容量衰退主要是由在负极表面产生的电化学不活跃的“死锂”造成的(Journal of The Electrochemical Society,2017,164:A2374-A2389)。同时，死锂的产生伴随着电解液的非可逆副分解及电池内阻的急剧升高。这一现象被研究学者称之为“锂镀”。事实上，电池厂商生产的锂离子电池内部电化学活跃的锂的含量是一定的，其主要包含在电池正极材料内。当电池被密封后该锂离子电池内电化学活跃的锂的含量就不能被更改。经历过长期的电化学循环后，当电池内部所有的电化学活跃锂全部转换为电化学不活跃的死锂后，即锂离子电池内部没有了可以充当存储电荷的自由锂离子，该锂离子电池也就不能正常进行电量的存储与释放了。

有研究报道指出，锂镀主要发生在充电过程(Materials Today,2019,27:21-32)。充电时，锂离子由正极材料脱嵌，经电解液传输至负极后嵌入到负极材料。由于锂与负极材料嵌入的过程为吉布斯自由能增大的过程，经电解液运输至负极附近的锂离子不可能全部实现嵌入。因此，每完成一个充电周期，电池容量就会减少一点。不过，这个过程中电池电量减少幅度非常小，高品质的锂电池经过大约一千次周期后，电池容量可能仍然会保持在原始容量的80％以上，很多锂电供电产品在经过两三年后仍然能正常使用。但是，当这些高品质的锂电池采用了不匹配的充电器进行不恰当的充电后，它们的容量衰退速度明显加快使用寿命急剧减少。

为了保证锂离子电池最佳使用效果并最大程度的延长使用寿命，研究学者设计了不同的锂电池充电器及提出了不同的充电方式来缓和充电过程中锂镀的发生。

中国专利CN 110165734 A公开了一种高智能锂电池充电器设备，但该专利中对充电电流的设置及充电方式等没有任何形式的描述。

中国专利CN 206272308 U公开了一种具有较高安全性能的多充快充式锂电池充电器，但该专利中对充电电流的设置及充电方式等没有任何形式的描述。

中国专利CN 203377656 U公开了一种智能锂电池充电器，但该专利中没有对充电方式进行详细的描述。