一种基于粒子辐照的锂离子电池寿命加速方法

摘要

本发明公开了一种基于粒子辐照的锂离子电池寿命加速方法，包括以下步骤：S1：对电池进行初始容量标定；S2：搁置5‑30min；S3：对电池按特定制度进行充电，同时进行脉冲粒子辐照；S4：搁置5‑30min；S5：对电池按特定制度进行放电，同时进行脉冲粒子辐照；S6：重复S2～S5，直至电池容量衰减至寿命终止。本发明能够加快锂离子电池容量衰减，缩短电池老化时间，大大提高了实验效率，具有重要的应用意义。

说明书

技术领域

本发明涉及化学电池技术领域，更具体的说是涉及一种基于粒子辐照的锂离子电池寿命加速方法。

背景技术

锂离子电池由于其较高的能量和功率密度，被认为是最有望应用于电动汽车、航天等领域的动力电源。然而此类设备装置通常需要很长的使用周期，甚至长达10～15年，因此对电池寿命提出了很高的要求。通常情况下，基于实际使用条件的电池老化测试需要较长的时间。因此，如何快速评价锂离子电池的寿命成为解决该问题的关键。建立电池性能加速老化方法被认为是可以快速评价电池寿命的途径之一。

常用的锂离子电池寿命加速评价条件主要包括充放电倍率、放电深度、环境温度等。这些条件能够在一定程度加速电池性能衰减，但是仍无法满足实际使用需求，而且过高强度的加速条件会显著改变电池的衰减机理，严重降低加速方法的有效性。因此对开发更为有效的加速方法需求迫切。

高能粒子辐照具有非常强的穿透性，可以与电池相互作用，会造成电池关键材料的物理、化学、力学性质改变，进而影响电池中的电化学反应过程，引发电池快速衰减。而且，粒子辐照施行简便，适用于各种组成、结构的电池。

基于此，本发明提出一种基于粒子辐照的锂离子电池寿命加速方法，它不仅可以单独作为加速条件，而且可以与其它加速条件(充放电倍率、放电深度、环境温度、振动等)耦合，大大提高了试验效率，加速电池寿命衰减，缩短试验时间、降低试验成本，具有重要的应用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种以粒子辐照作为加速因子的锂离子电池寿命加速方法，选择脉冲辐照作为电池寿命加速条件，在此基础上耦合其它加速条件(充放电倍率、放电深度、环境温度中的一种或几种)，对电池进行加速老化测试，在现有研究条件下，进一步加速电池老化。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于粒子辐照的锂离子电池寿命加速方法，包含以下步骤：

S1：对电池进行初始容量标定；

S2：搁置5-30min；

S3：对电池按特定制度进行充电，同时进行脉冲粒子辐照；

S4：搁置5-30min；

S5：对电池按特定制度进行放电，同时进行脉冲粒子辐照；

S6：重复S2～S5，直至电池容量衰减至寿命终止。

优选的，S1中包括：

S11：对电池采用特定倍率条件恒流放电至截止电压；

S12：将放电结束的电池以特定倍率进行两次充放电循环测试，计算两次放电容量的平均值即为电池初始容量。

优选的，S11、S12中采用的特定倍率条件范围为0.3C～1.0C。

优选的，S3中特定的充电制度为恒流-恒压充电制度，包括以下两个阶段：第一阶段，用恒定电流I

优选的，S3包括：

S31：脉冲辐照耦合环境温度、充电倍率中的一种或几种加速条件，在一定环境的温度下，以一定的充电倍率条件，采用恒流-恒压充电制度，对电池进行充电测试，对充电过程中的电池进行原位脉冲辐照；

S32：当电池充电至充电截止电流时，充电结束，脉冲辐照停止。

优选的，S5中特定的放电制度为恒流放电制度，以恒定电流I

优选的，S5包括：

S51：脉冲辐照耦合环境温度、放电倍率、放电深度中的一种或几种加速条件，在一定的环境温度下，以一定的放电倍率、放电深度条件，采用恒流放电制度，对电池进行放电测试，对放电过程中的电池进行原位脉冲辐照；

S52：当电池放电至放电截止电压时，放电结束，脉冲辐照停止。

优选的，S3、S5中，所述脉冲粒子辐照中的粒子包括电子、质子、α粒子、β粒子、γ粒子中的任意一种或几种；S3、S5中，脉冲粒子辐照包括粒子辐照阶段和静置阶段，其中粒子辐照时间范围：10～60s、静置时间范围：10min～60min。

优选的，S3、S5中，充放电测试中粒子辐照耦合的加速条件包括环境温度、充放电倍率、放电深度中的任意一种或几种，环境温度范围：30℃～55℃、充放电倍率范围：1.0C～5.0C、放电深度：30％～100％。

优选的，S6中，当电池容量低于初始容量80％时，寿命终止。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供一种基于粒子辐照的锂离子电池寿命加速方法—脉冲辐照作为电池寿命加速条件。脉冲是相对于连续信号在整个信号周期内短时间发生的信号，大部分信号周期内没有信号。与连续辐照相比，脉冲辐照特有的间歇时间会有效的缓解电池的极化和锂离子快速嵌入脱出造成的结构破坏，避免了电池在长时间辐照条件下受到损伤以及衰减机理发生变化。本发明旨在加快锂离子电池容量衰减，缩短电池老化时间。粒子辐照可以加速全电池容量衰减，它不仅可以单独作为加速因子，而且可以与其它加速因子耦合，大大提高了实验效率，具有重要的应用意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为一种基于粒子辐照的锂离子电池寿命加速方法流程图

图2为非加速测试条件下LiNi

图3为NCM811/石墨18650电池在实施例2加速及非加速条件下容量保持率随循环时间变化图；

图4为实施例2电子脉冲辐照条件下不同充放电倍率条件下NCM811/石墨18650电池容量保持率随循环时间变化图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施实例1:

LiNi

S1：电池容量标定；

S11：由于电池在存储过程中处于半电态，首先对电池以1.0C(2.75A)进行放电至电压2.5V；

S12：进行两次循环测试，充放电倍率为1.0C，充放电电压范围为2.5～4.2V，采用恒流-恒压式充电，充电截止电流为0.02C，采用恒流式放电，两次放电容量平均值为初始容量；

S2：搁置5min；

S3：对电池进行充电测试，同时对电池进行γ射线脉冲辐照；

S31：在30℃环境温度下，以1.0C倍率条件，采用恒流-恒压充电制度，对电池进行充电测试，对充电过程中的电池进行原位γ射线脉冲辐照，一次脉冲辐照包括γ射线辐照30s，间隔时间30min；

S32：当电池恒压4.2V充电至电流0.02C时，充电结束，γ射线脉冲辐照停止；

S4：搁置5min；

S5：对电池进行放电测试，同时对电池进行γ射线脉冲辐照；

S51：在30℃环境温度下，以1.0C倍率条件，采用恒流放电制度，放电深度100％，对电池进行放电测试，对放电过程中的电池进行原位γ射线脉冲辐照，一次脉冲辐照包括γ射线辐照30s，间隔时间30min；

S52：当电池放电至2.5V时，放电结束，脉冲辐照停止。

S6：重复S2～S5，直至电池容量衰减至低于初始容量80％。

实施实例2:

LiNi

S1：电池容量标定；

S11：由于电池在存储过程中处于半电态，首先对电池以1.0C(2.75A)进行放电至电压2.5V；

S12：进行两次循环测试，充放电倍率为1.0C，充放电电压范围为2.5～4.2V，采用恒流-恒压式充电，充电截止电流为0.02C，采用恒流式放电，两次放电容量平均值为初始容量；

S2：搁置5min；

S3：对电池进行充电测试，同时对电池进行电子脉冲辐照；

S31：在30℃环境温度下，分别以1.0C、1.2C、1.5C、1.8C倍率条件，采用恒流-恒压充电制度，对电池进行充电测试，对充电过程中的电池进行原位电子脉冲辐照，一次脉冲辐照包括电子辐照30s，间隔时间30min；

S32：当电池恒压4.2V充电至电流0.02C时，充电结束，电子脉冲辐照停止；

S4：搁置5min；

S5：对电池进行放电测试，同时对电池进行电子脉冲辐照；

S51：在30℃环境温度下，分别以1.0C、1.2C、1.5C、1.8C倍率条件，采用恒流放电制度，放电深度100％，对电池进行放电测试，对放电过程中的电池进行原位电子脉冲辐照，一次脉冲辐照包括电子辐照30s，间隔时间30min；

S52：当电池放电至2.5V时，放电结束，脉冲辐照停止；

S6：重复S2～S5，直至电池容量衰减至初始容量80％。

表1无辐照及实施例2的辐照条件下电池在不同循环倍率老化至寿命终点所用时间

表1中明显反映出，在相同的倍率条件下，经过辐照的电池能够在更短的时间达到寿命终点。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。