一種提高鋰離子電池充電效率的充電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電池充電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及正極由兩種或兩種W上的活性物質(zhì)組成 的裡離子電池的充電方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸完善，裡離子電池在動(dòng)力領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò) 大，因?yàn)槟芰棵芏雀摺⒕G色環(huán)保、倍率性能好等優(yōu)點(diǎn)，成為電動(dòng)汽車(chē)巧V、肥v、raEv)中主要 采用的一類(lèi)電池。但是，充電時(shí)間長(zhǎng)、續(xù)駛里程短不能滿足市場(chǎng)需求也成為阻礙電動(dòng)汽車(chē)發(fā) 展的主要瓶頸之一；通常情況下，續(xù)駛里程越長(zhǎng)，需要的充電時(shí)間也越長(zhǎng)。因此，如何縮短充 電時(shí)間、提高充電效率成為裡離子電池技術(shù)改進(jìn)的一個(gè)主要方向。
[0003] 傳統(tǒng)的動(dòng)力裡離子電池的充電方法有很多種，包括恒流恒壓充電、分步降電流充 電、恒壓限流充電、逐漸降壓充電、漸減脈沖充電、模糊控制充電等各種方法。送些充電方法 各有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際使用中需要根據(jù)電池的具體應(yīng)用來(lái)選用不同的充電方法。
[0004] 恒流恒壓充電、分步降流充電、恒壓限流充電、逐漸降壓充電、漸減脈沖充電的目 的是為了降低電池充電過(guò)程中的極化，W對(duì)電池充入更多的電量；送些充電方法需要較長(zhǎng) 的充電時(shí)間，不能滿足快速充電的要求。模糊充電方法考慮了電池的溫度、電流和電壓，通 過(guò)歷史充電數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行模糊化控制。此類(lèi)方法多根據(jù)電池的經(jīng)驗(yàn)充電特性設(shè)計(jì)，因?yàn)榭赡?無(wú)法與電池原特性匹配，對(duì)電池實(shí)際充電容量的發(fā)揮會(huì)有影響。
[0005] 而且送些充電方法也沒(méi)有考慮電池本身的特性。比如隨著各種各樣電池正極材料 的實(shí)際應(yīng)用，越來(lái)越多的電池中采用兩種或更多種的材料混合使用W取長(zhǎng)補(bǔ)短來(lái)提高電池 的綜合性能。目前比較常用的恒流恒壓充電方法不能兼顧各種正極材料的倍率性能，統(tǒng)一 使用相同電流對(duì)電池進(jìn)行恒流充電，同時(shí)在恒流轉(zhuǎn)恒壓轉(zhuǎn)折點(diǎn)的選擇上也欠妥，送些因素 造成在一定程度上降低了充電效率。
[0006] 針對(duì)上述不足，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于正極由多種活性物質(zhì)材料組成的裡離子 電池的充電方法，該方法可W提高電池的充電效率，用更短的時(shí)間對(duì)電池充入更多的電量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于正極由多種活性物質(zhì)材料組成的 裡離子二次電池的充電方法，W改進(jìn)現(xiàn)有充電方法的不足，提高電池的充電效率，用更短的 時(shí)間對(duì)電池充入更多的電量。
[000引為達(dá)到W上目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0009] 裡離子電池的正極由i種活性物質(zhì)組成，其中，i> 2,提高該裡離子電池（待充電 池）充電效率的充電方法包含W下步驟：
[0010] (1)在電池充電限制電壓范圍內(nèi)，按電壓由低到高分為n段，其中，n>i;第一電 壓段的起始電壓為低于其結(jié)束電壓的任一電壓值，每一電壓段的結(jié)束電壓是下一段的起始 電壓，第n段的結(jié)束電壓為電池充電限制電壓；各電壓段中，50%W上的充電電量用于其中 一種活性物質(zhì)的充電，并且每一種活性物質(zhì)至少在一個(gè)電壓段內(nèi)占據(jù)該段50%W上的充電 電量；
[0011] (2)各電壓段分別進(jìn)行恒流充電，所述電流不低于該待充電池的0.Oic充電倍率， 且相鄰電壓段的充電電流不同；達(dá)到一個(gè)電壓段的結(jié)束電壓后，W其結(jié)束電壓進(jìn)行恒壓充 電、或進(jìn)入下一電壓段進(jìn)行恒流充電、或停止充電。
[0012] 優(yōu)選地，所述步驟（2)中，恒流充電達(dá)到一個(gè)電壓段的結(jié)束電壓后，不進(jìn)行、或進(jìn) 行一次、或進(jìn)行多次恒壓充電，恒壓充電結(jié)束電流小于該電壓段的恒流充電電流。
[0013] 裡離子電池正極活性物質(zhì)包括磯酸鐵裡、H元材料、儘酸裡、鉆酸裡，但不局限于 上述材料。
[0014] 其中，第一個(gè)電壓段的充電起始電壓為待充電池的開(kāi)路電壓該電壓與電池測(cè)試前 的荷電態(tài)相關(guān)。
[001引其中，步驟（1)中"50%W上的充電電量用于其中一種活性物質(zhì)的充電"所指的一 種活性物質(zhì)在一個(gè)電壓段中所占充電電量的比例（如，50%W上）通過(guò)如下方法計(jì)算；用該 活性物質(zhì)在該電壓段的充電質(zhì)量比容量Q除W各活性物質(zhì)在該電壓段的充電質(zhì)量比容量 之和SQi,得到該比例；即，在一個(gè)電壓段內(nèi)，一種活性物質(zhì)的充電質(zhì)量比容量占所有活性 物質(zhì)的充電質(zhì)量比容量之和的百分比例。
[0016] 每種活性物質(zhì)在各電壓段的充電質(zhì)量比容量Q由下式（1)計(jì)算得出：
[0017] Q=q*w(1)
[001引其中，q為僅由該活性物質(zhì)構(gòu)成正極的電池在該電壓段的質(zhì)量比容量；W為待充電 池中該活性物質(zhì)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
[0019] q的計(jì)算方法為；按與待充電池相同的工藝制作僅由一種活性物質(zhì)構(gòu)成的正極的 電池，在該電壓段內(nèi)W不低于0.OlC倍率的同一電流進(jìn)行恒流充電至該電壓段的結(jié)束電 壓，W獲得該活性物質(zhì)在該電壓段的充電電量，用該充電電量除W該活性物質(zhì)質(zhì)量，得到該 活性物質(zhì)在該電壓段的質(zhì)量比容量q。其中，一種活性物質(zhì)組成的單電極電池在各電壓段內(nèi) 恒流充電電流可不相同，但不同活性物質(zhì)組成的單電極電池在同一電壓段內(nèi)需采用同一電 流，W進(jìn)行q的測(cè)算。
[0020] 上述不低于0.OlC倍率優(yōu)選0. 2C-5C，更優(yōu)選0. 2C-1C。
[0021] 每個(gè)電壓段的充電過(guò)程按電壓值由低到高前后接續(xù)，直至充電至電池充電限制電 壓。
[0022] 上述充電限制電壓與活性物質(zhì)和電解液有關(guān)，一般取4. 2V。
[0023] 相鄰兩個(gè)充電過(guò)程間有靜置過(guò)程，靜置時(shí)間為0-30分鐘，優(yōu)選為0-5分鐘。
[0024] 本發(fā)明的方法可W提高電池的充電效率，用更短的時(shí)間對(duì)電池充入更多的電量， 實(shí)現(xiàn)電池快速充電。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為實(shí)施例1中1-1電池按本發(fā)明的充電方法進(jìn)行充電的過(guò)程中電壓及電流變 化曲線；
[0026] 圖2為實(shí)施例2中2-1電池按本發(fā)明的充電方法進(jìn)行充電的過(guò)程中電壓及電流變 化曲線；
[0027] 圖3為實(shí)施例3中3-1電池按本發(fā)明的充電方法進(jìn)行充電的充電曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 實(shí)施例1:
[0029] 本實(shí)施例對(duì)一種正極由LiFeP〇4(材料1，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)W= 90% )和LiMri2〇4(材料 2)兩種（i= 2)活性物質(zhì)組成的裡離子電池（下稱(chēng)1-1電池）進(jìn)行充電。1-1電池中，兩種材 料的質(zhì)量比為L(zhǎng)iFeP〇4;LiMn2〇4= 9:1。兩種材料的參照電池為；正極材料僅為L(zhǎng)iFeP〇4(下 稱(chēng)1-2電池）、W及正極材料僅為L(zhǎng)iMri2〇4(下稱(chēng)1-3電池）。H種電池的制造工藝完全相 同。
[0030] 對(duì)1-1電池W下述標(biāo)準(zhǔn)充電方法進(jìn)行充電W確定電池容量；W4A恒流充電至 4. 2V后在4. 2V轉(zhuǎn)恒壓充電，充電截止電流為0. 4A。得到電池容量為20.IAh,恒流充電的電 流對(duì)應(yīng)倍率為0. 2C，并W此為基礎(chǔ)進(jìn)行下述方法充電效率的計(jì)算。
[0031] 將電池過(guò)程的充電電壓分為兩段（n= 2):第一段為開(kāi)路電壓至3. 95V(電壓段 1)，第二段為3. 95V至4. 20V(電壓段2)。各階段的質(zhì)量比容量q按材料和電壓段命名為 QinW不區(qū)別。
[0032] 首先，W0. 5C倍率對(duì)1-2電池和1-3電池進(jìn)行充電，1-2電池中，兩個(gè)電壓段內(nèi)的 質(zhì)量比容量分別為；Qi1為123. 4mAh/g、及Qi2為2. 9mAh/g，1-3電池中，兩個(gè)電壓段內(nèi)的質(zhì) 量比容量分別為：化1為29.ImAh/g、及化2為65. 4mAh/g。根據(jù)公式1計(jì)算在不同電壓范圍 內(nèi)各活性物質(zhì)的充電質(zhì)量比容量Q后，其所需的充電電量比例如下表1所示：
[0033] 表1實(shí)施例1電池1-1不同電壓范圍內(nèi)活性物質(zhì)的充電電量比例
[0034]
[0035] 在<3. 95V電壓段，97. 4%的充電電量用于材料lLiFeP〇4充電，在3. 95V~4. 2V電 壓段71. 5%的電量用于材料化iMn2〇4充電。
[0036] 根據(jù)上述結(jié)果，對(duì)1-1電池的充電方法設(shè)計(jì)如下：
[0037] 1)W10A(0. 5C)電流進(jìn)行恒流充電，充電截止電壓為3.95V;2)3.95V恒壓充電， 充電截止電流為5A;3)W15A進(jìn)行恒流充電，充電截止電壓為4. 20V。電池充電過(guò)程中的 電流變化和電壓變化如圖1所示。整個(gè)過(guò)程中電池共充入18. 9Ah的電量，總充電時(shí)間為 110. 8分鐘，電池充電效率為50. 9 %A。當(dāng)充電容量大致相同時(shí)，該方法的充電效率要高于 恒流恒壓充電方法。
[003引 實(shí)施例2 :
[0039] 本實(shí)施例對(duì)一種正極由Li(Nii/3C〇i/3Mni/3)〇2(材料1)和LiMri2〇4(材料2)兩種活 性物質(zhì)組成的裡離子電池（下稱(chēng)2-1電池）進(jìn)行充電。2-1電池中，材料質(zhì)量比為材料I ;材料2 = 20:80。參照電池；正極材料僅為L(zhǎng)i (Nii/3C〇i/3Mni/3)〇2 (下稱(chēng)2-2電池）、W及正極 材料僅為L(zhǎng)iMn2〇4(下稱(chēng)2-3電池）。H種電池的制造工藝完全相同。
[0040] 對(duì)2-1電池W下述標(biāo)準(zhǔn)充電方法進(jìn)行充電W確定電池容量；W2A恒流充電至 4. 2V后在4. 2V進(jìn)行恒壓充電，充電截止電流為0. 2A。得到電池容量為9. 9Ah，恒流充電電 流對(duì)應(yīng)倍率為0. 2C，并W此為基礎(chǔ)進(jìn)行下述方法充電效率的計(jì)算。
[0041] 將電池的充電電壓分為H段（n= 3):第一段為開(kāi)路電壓至3. 90V，第二段為 3. 90V至 4. 05V，第H段為 4. 05V至 4. 20V。
[004引Qi。的測(cè)算