專利名稱：磷酸鐵鋰鋰離子電池及其電量狀態(tài)檢測方法及配對方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池及其電量狀態(tài)檢測方法及配對方法。
背景技術(shù)：
目前磷酸鋰離子電池主要應(yīng)用于動力電池，動力電池通常無法通過單電芯完成， 需要通過串并聯(lián)成組，而成組前需要對電芯的電壓、內(nèi)阻和容量進行配對。在進行動力電池組的配對過程中，電池組中的各鋰離子電池單體電量的均衡性越好，整個動力電池組的性能越好；否則，電池組中各鋰離子電池的電量不一，在使用的過程中會造成電量少的電池可能存在過放，在充電的過程中，電量較多電池可能存在過充，造成電池損耗過大，影響整體鋰離子電池組的壽命。磷酸鐵鋰為動力電池組用的鋰離子電池的一種正極材料，由于磷酸鐵鋰的特性， 單純由磷酸鐵鋰作為正極材料制成的鋰離子電池的放電平臺非常平緩，一般磷酸鐵鋰鋰離子電池充電后的靜置電壓幾乎總是處于3. 34V，并且該靜置電壓的數(shù)值基本與充電的程度無關(guān)。由于磷酸鐵鋰鋰離子電池的上述特性，現(xiàn)有技術(shù)無法通過傳統(tǒng)的電壓-容量關(guān)系對容量進行估算。在對常規(guī)的磷酸鐵鋰電池(正極材料僅為磷酸鐵鋰)生產(chǎn)進行分容之后一般會入庫存儲，經(jīng)過一段時間后，從倉庫取出進行電池配對組成電池組。但是，由于磷酸鐵鋰的上述特性，通過鋰離子電池的開路電壓測量無法獲知當前的鋰離子電池的電量狀態(tài)，如果直接根據(jù)這些鋰離子電池的容量分級(在鋰離子電池生產(chǎn)過程中的分容步驟中獲得)直接配對組成電池組的話，則可能配對的電池組中的鋰離子電池的電量存在不均衡的情況，造成電池組的壽命較低的質(zhì)量問題。為了保證動力電池組的質(zhì)量，在現(xiàn)有技術(shù)中往往需要重分容來明確電池的容量， 在重分容后立即根據(jù)當前的容量對電池組進行配對。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一目的在于提供一種磷酸鐵鋰鋰離子電池，可以通過簡單的鋰離子電壓測量獲知當前鋰離子電池的電量狀態(tài)。本發(fā)明第二目的在于提供一種磷酸鐵鋰鋰離子電池電量狀態(tài)檢測方法，可以通過簡單的電壓測量獲知當前磷酸鐵鋰鋰離子電池的電量狀態(tài)。本發(fā)明第三目的在于磷酸鐵鋰鋰離子電池進行配對成組的方法，利用該方法可以通過簡單的電壓測量獲知當前磷酸鐵鋰鋰離子電池的電量狀態(tài)，保證配對的鋰離子電池均為滿充狀態(tài)，就具有良好的電量均衡性能。本發(fā)明實施例提供的一種鋰離子電池，包括卷繞電芯，所述電芯由正極片、負極片、隔膜層疊或卷繞而成，其中所述隔膜間隔在所述正極片、負極片之間，涂覆在所述正極片上的正極材料包括磷酸鐵鋰、以及第二輔助正極材料，
所述第二輔助正極材料為放電平臺高于所述磷酸鐵鋰的正極材料。可選地，所述第二輔助正極材料的放電平臺比所述磷酸鐵鋰的放電平臺至少高 200毫伏特?？蛇x地，所述第二輔助正極材料為錳酸鋰、或鈷酸鋰?？蛇x地，所述第二輔助正極材料在所述正極材料中的含量不超過wt20%。可選地，所述第二輔助正極材料在所述正極材料中的含量為襯10%、或者襯5(%。本發(fā)明實施例提供的一種對上述之任一一種鋰離子電池的電量狀態(tài)檢測方法，包括測量所述鋰離子電池的開路電壓，如果所述開路電壓達到所述第二輔助正極材料對應(yīng)的滿電狀態(tài)下對應(yīng)的靜置電壓，則認為所述鋰離子電池中的磷酸鐵鋰處于滿充狀態(tài)； 否則將當前的鋰離子電池補充電量至滿充，其中充電電壓不高于所述第二輔助正極材料的充電電壓平臺?？蛇x地，將當前的鋰離子電池補充電量至滿充，具體是對當前的鋰離子電池補充電量直到電池的電壓達到所述第二輔助正極材料的充電電壓平臺為止。本發(fā)明實施例提供的一種對上述之任一一種鋰離子電池進行配對成組的方法，包括測量各所述鋰離子電池的開路電壓；如果當前所述鋰離子電池的開路電壓達到所述第二輔助正極材料對應(yīng)的滿電狀態(tài)下對應(yīng)的靜置電壓，則認為當前所述鋰離子電池中的磷酸鐵鋰處于滿充狀態(tài)，否則將當前的所述鋰離子電池補充電量至滿充狀態(tài)，其中充電電壓不高于所述第二輔助正極材料的充電電壓平臺。由上可見，應(yīng)用本實施例的技術(shù)方案，由于其正極材料除了主要材料磷酸鐵鋰之夕卜，還包括放電平臺高于磷酸鐵鋰的第二輔助正極材料。那么在進行電池放電的過程中，該放電平臺較高的第二輔助正極材料首先放電，在對倉庫中取出的本實施例鋰離子電池進行配對時，則可以通過對當前的鋰離子電池的開路電壓進行測量，如果當前的鋰離子電池的開路電壓達到額定電壓(該額定電壓為僅由第二輔助正極材料制造的鋰離子電池在滿充狀態(tài)下的靜置電壓)，則當前的鋰離子電池中的磷酸鐵鋰材料還處于充滿狀態(tài)；如果當前的鋰離子電池的開路電壓低于額定電壓，則當前的鋰離子電池中的磷酸鐵鋰材料可能處于未充滿狀態(tài)，此時可以通過對該鋰離子電池進行補充電而使其開路電壓達到上述的額定電壓為止。綜上，應(yīng)用本實施例技術(shù)方案，由于該鋰離子的正極材料中除了磷酸鐵鋰材料外， 還包括放電平臺較高的第二輔助正極材料，使得該第二輔助正極材料作為一種信使材料， 通過簡單的鋰離子電池開路電壓的測量即可確定當前鋰離子電池中的主要正極材料磷酸鐵鋰是否處于滿充狀態(tài)，可以通過補充電的方式，保證電池組中的磷酸鐵鋰處于滿充狀態(tài)， 保證配對的電池組的質(zhì)量以及壽命。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定，在附圖中圖1為本發(fā)明實施例1提供的一種質(zhì)量百分比為80%的磷酸鐵鋰與20%的錳酸鋰組成的混合正極材料制成的電池對應(yīng)的恒流脈沖充電電壓-時間曲線示意圖；圖2為本發(fā)明實施例1中，本發(fā)明人在本發(fā)明研究過程中得到的錳酸鋰、磷酸鐵鋰、以及質(zhì)量百分比為80%的磷酸鐵鋰與20%的錳酸鋰組成的混合正極材料對應(yīng)的放電容量-電壓對比示意圖；圖3為本發(fā)明實施例2提供的一種對實施例1所示的鋰離子電池電量狀態(tài)檢測方法流程示意圖；圖4為本發(fā)明實施例3提供的一種對本實施例1中所示的提供的鋰離子電池進行配對方法流程示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖以及具體實施例來詳細說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。實施例1 本實施例提供一種適用于鋰離子電池，該鋰離子電池可以為目前各種規(guī)格或者形狀的鋰離子電池，包括卷繞電芯，該電芯由層疊的正極片、負極片、隔膜層疊或卷繞而成。 其中隔膜間隔在正極片、負極片之間，本鋰離子電池與現(xiàn)有技術(shù)中的磷酸鐵鋰電池所不同之處在于涂覆在所述正極片上的正極材料除了磷酸鐵鋰的主要材料之外，還包括放電平臺高于磷酸鐵鋰的第二輔助正極材料。由上可見，應(yīng)用本實施例的技術(shù)方案，由于其正極材料除了主要材料磷酸鐵鋰之夕卜，還包括放電平臺高于磷酸鐵鋰的第二輔助正極材料。那么在進行電池放電的過程中，該放電平臺較高的第二輔助正極材料首先放電，在對倉庫中取出的本實施例鋰離子電池進行配對時，則可以通過對當前的鋰離子電池的開路電壓進行測量，如果當前的鋰離子電池的開路電壓達到額定電壓(該額定電壓為僅由第二輔助正極材料制造的鋰離子電池在滿充狀態(tài)下的靜置電壓)，則當前的鋰離子電池中的磷酸鐵鋰材料還處于充滿狀態(tài)；如果當前的鋰離子電池的開路電壓低于額定電壓，則當前的鋰離子電池中的磷酸鐵鋰材料可能處于未充滿狀態(tài)，此時可以通過對該鋰離子電池進行補充電而使其開路電壓達到上述的額定電壓為止。綜上，應(yīng)用本實施例技術(shù)方案，由于該鋰離子的正極材料中除了磷酸鐵鋰材料外， 還包括放電平臺較高的第二輔助正極材料，使得該第二輔助正極材料作為一種信使材料， 通過簡單的鋰離子電池開路電壓的測量即可確定當前鋰離子電池中的主要正極材料磷酸鐵鋰是否處于滿充狀態(tài)，可以通過補充電的方式，保證電池組中的磷酸鐵鋰處于滿充狀態(tài)， 保證配對的電池組的質(zhì)量以及壽命。在本實施例中，可以但不限于選用鈷酸鋰作為本實施例中的第二輔助正極材料， 鈷酸鋰對應(yīng)的靜置電壓為3. 77V左右。那么在本實施例子中進行鋰離子電池的電量狀態(tài)檢測時，如果當前的鋰離子電池的開路電壓達到或者高于3. 77V，則認為當前的鋰離子電池中的磷酸鐵鋰處于滿充狀態(tài)，否則認為其中的磷酸鐵鋰處于非滿充狀態(tài)，可以通過補充電的方式，保證電池組中的磷酸鐵鋰處于滿充狀態(tài)，保證配對的電池組的質(zhì)量以及壽命。在本實施例中，可以但不限于選用錳酸鋰作為本實施例中的第二輔助正極材料， 錳酸鋰對應(yīng)的靜置電壓為3. 85V左右。那么在本實施例子中進行鋰離子電池的電量狀態(tài)檢測時，如果當前的鋰離子電池的開路電壓達到或者高于3. 85V，則認為當前的鋰離子電池中的磷酸鐵鋰處于滿充狀態(tài)，否則認為其中的磷酸鐵鋰處于非滿充狀態(tài)，可以通過補充電的方式，保證電池組中的磷酸鐵鋰處于滿充狀態(tài)，保證配對的電池組中的質(zhì)量以及壽命。圖1為對本實施例中質(zhì)量百分比為80%的磷酸鐵鋰與20%的錳酸鋰組成的混合正極材料制成的電池對應(yīng)的恒流脈沖充電電壓-時間曲線示意圖。參見圖1所示，在進行充電的過程中，首先對正極材料中的磷酸鐵鋰充電，當磷酸鐵鋰基本充滿后，鋰離子電壓達到3. 34V左右(磷酸鐵鋰的滿充靜置電壓)后，開始主要對第二輔助正極材料錳酸鋰充電，直到錳酸鋰充滿后，鋰離子電池的電壓基本維持3. 85V左右ο圖2為本發(fā)明人在本發(fā)明研究過程中得到的錳酸鋰、磷酸鐵鋰、以及質(zhì)量百分比為80%的磷酸鐵鋰與20%的錳酸鋰組成的混合正極材料對應(yīng)的放電容量-電壓對比示意圖。其中，201所示的曲線為錳酸鋰對應(yīng)的放電容量-電壓曲線，202所示的曲線為磷酸鐵鋰對應(yīng)的放電容量-電壓曲線，203所示的曲線為混合正極材料對應(yīng)的放電容量-電壓曲線。由圖2中的201曲線可見，對于錳酸鋰材料，其滿充狀態(tài)的靜置電壓為3. 85左右。 在電量減少的過程中，電壓隨電量的變化較為明顯，且在本實施例子中基本呈線性變化關(guān)系，當錳酸鋰材料完全放電后，電壓在較短的時間內(nèi)呈較快的速度下降。由圖2中的曲線202可見，對于磷酸鐵鋰材料，當電池的電壓達到靜置電壓3. 34 左右之后，在電池的電量減少過程中其電壓基本不發(fā)生改變，只有其電量較少到極少程度時，電池的電壓瞬間下降。在進行實驗過程中，將放電下限定為2. 5V左右，避免過放，造成正極材料發(fā)生衰減，影響電池的質(zhì)量。由圖2中的曲線203可見，對于本實施例中質(zhì)量百分比為80%的磷酸鐵鋰與20% 的錳酸鋰組成的混合正極材料制成的電池，其放電曲線中有兩個放電平臺參見曲線中電壓從3. 8V左右到3. 34V左右的變化曲線，此時為錳酸鋰放電完成， 轉(zhuǎn)為磷酸鐵鋰放電；由圖2可見，參見曲線中的3. 34V左右到3. 0左右的變化曲線，此時磷酸鋰鐵主要放電，電壓基本維持不變，當電量減少到一定程度時，電壓瞬時下降。在本實施例中的放電實驗過程中，保證放電電壓不低于相應(yīng)材料對應(yīng)的放電電壓下限，保證各種正極材料不過放衰減。由圖2中的曲線203可見，由于在本實施例鋰離子電池中除了主要的正極材料磷酸鐵鋰之外，還包括有放電電壓平臺高于磷酸鐵鋰的第二輔助正極材料，由于該第二輔助正極材料的放電電壓平臺高于磷酸鐵鋰，故其肯定先于磷酸鐵鋰放電，如果當前鋰離子電池的電壓能夠達到或略高于該第二輔助正極材料對應(yīng)的滿充靜置電壓，即第二輔助正極材料基本處于滿充狀態(tài)，也就本鋰離子電池中的主要正極材料磷酸鐵鋰肯定處于滿充狀態(tài)，即在進行測試的過程中，可以將第二輔助正極材料作為一種信使材料，通過其特性，而快速確定當前鋰離子電池的滿充狀態(tài)。需要說明的是，在本實施例中，第二輔助正極材料在正極材料中的含量基本越少越好。比如其質(zhì)量百分比含量在20%以內(nèi)，一般情況下優(yōu)選2^^5^^10%左右。在此不作贅述。另外，在本實施例的試驗過程中，本實施例的鋰離子電池的充電上限不高于磷酸鐵鋰、第二輔助正極材料兩者對應(yīng)的充電上限的較低高者。本實施例的放電電壓下限不低于磷酸鐵鋰、第二輔助正極材料兩者對應(yīng)的放電下限的較低者。比如在本實施例第二輔助正極材料為錳酸鋰時，對該鋰離子電池的充放電范圍設(shè)置為4. 2V 2. 5V，充電電壓上限保證電池充電充滿，放電下限則實現(xiàn)磷酸鐵鋰基本放電的同時保證信使材料不嚴重過放。實施例2 圖3為本實施例提供的一種鋰離子電池電量狀態(tài)檢測方法流程示意圖。該鋰離子電池為實施例1中所述的鋰離子電池。參見圖3所示，該流程主要包括步驟301 測量鋰離子電池的開路電壓。其測試方法可以為已有技術(shù)中的任一。步驟302 如果開路電壓低于第二輔助正極材料對應(yīng)的滿電狀態(tài)下對應(yīng)的靜置電壓，則執(zhí)行步驟303 ；否則執(zhí)行步驟304。比如該第二輔助正極材料為錳酸鋰時，錳酸鋰對應(yīng)的滿充靜置電壓為3.85V左右，即在本步驟中，當當前的開路電壓VO < 3. 85V時，則認為當前的鋰離子電池中的主要正極材料磷酸鐵鋰可能處于非滿充狀態(tài)，執(zhí)行步驟303 ；否則，認為當前鋰離子電池中的磷酸鐵鋰肯定處于滿充狀態(tài)，執(zhí)行步驟304。步驟303 將當前的鋰離子電池補充電至靜置電壓，執(zhí)行步驟304。如果當前的鋰離子電池中的磷酸鐵鋰可能處于非滿充狀態(tài)，則對當前的鋰離子電池進行補充電量，直到其電池的靜置開路電壓達到3. 85V左右時，在進行本步驟過程中，一般將電池充電達到4. 2V左右，在電池靜置過程中，其電壓會回落到3. 85V左右。通過本步驟的操作，可以將非滿充的鋰離子電池補充電量至滿充。步驟304 認為當前的鋰離子電池中的磷酸鐵鋰處于滿充狀態(tài)。實施例3 圖4為對本實施例1中提供的鋰離子電池進行配對方法流程示意圖。參見圖4所示，本實施例相對于圖3所不同之處，僅在于在步驟304后，還包括電池配對步驟步驟401 按照各鋰離子電池的容量等級，將各鋰離子電池配對組成電池組。在保證當前需配對的鋰離子電池的電量均為滿充狀態(tài)的情況下，按照各鋰離子電池的原容量等級，對本實施例中的鋰離子電池進行配對，由多個鋰離子電池單體組成鋰離子電池組。由上可見，應(yīng)用本實施例的技術(shù)方案，由于其正極材料除了主要材料磷酸鐵鋰之夕卜，還包括放電平臺高于磷酸鐵鋰的第二輔助正極材料。那么在進行電池放電的過程中，該放電平臺較高的第二輔助正極材料首先放電，在對倉庫中取出的本實施例鋰離子電池進行配對時，則可以通過對當前的鋰離子電池的開路電壓進行測量，如果當前的鋰離子電池的開路電壓達到額定電壓(該額定電壓為僅由第二輔助正極材料制造的鋰離子電池在滿充狀態(tài)下的靜置電壓)，則當前的鋰離子電池中的磷酸鐵鋰材料還處于充滿狀態(tài)；如果當前的鋰離子電池的開路電壓低于額定電壓，則當前的鋰離子電池中的磷酸鐵鋰材料可能處于未充滿狀態(tài)，此時可以通過對該鋰離子電池進行補充電而使其開路電壓達到上述的額定電壓為止。故應(yīng)用本實施例技術(shù)方案，由于該鋰離子的正極材料中除了磷酸鐵鋰材料外，還包括放電平臺較高的第二輔助正極材料，使得該第二輔助正極材料作為一種信使材料，通過簡單的鋰離子電池開路電壓的測量即可確定當前鋰離子電池中的主要正極材料磷酸鐵鋰是否處于滿充狀態(tài)，可以通過補充電的方式，保證電池組中的磷酸鐵鋰處于滿充狀態(tài)，保證配對的電池組的質(zhì)量以及壽命。以上對本發(fā)明實施例所提供的技術(shù)方案進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本發(fā)明實施例的原理；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例，在具體實施方式
以及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池，包括卷繞電芯，所述電芯由正極片、負極片、隔膜層疊或卷繞而成， 其中所述隔膜間隔在所述正極片、負極片之間，其特征是，涂覆在所述正極片上的正極材料包括磷酸鐵鋰、以及第二輔助正極材料， 所述第二輔助正極材料為放電平臺高于所述磷酸鐵鋰的正極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征是，所述第二輔助正極材料的放電平臺比所述磷酸鐵鋰的放電平臺至少高200毫伏特。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征是， 所述第二輔助正極材料為錳酸鋰、或鈷酸鋰。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池，其特征是，所述第二輔助正極材料在所述正極材料中的含量不超過wt20 %。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰離子電池，其特征是，所述第二輔助正極材料在所述正極材料中的含量為wtl0%、或者wt5%。
6.一種對權(quán)利要求1至5所述的鋰離子電池的電量狀態(tài)檢測方法，其特征是， 所述檢測方法包括測量所述鋰離子電池的開路電壓，如果所述開路電壓達到所述第二輔助正極材料對應(yīng)的滿電狀態(tài)下對應(yīng)的靜置電壓，則認為所述鋰離子電池中的磷酸鐵鋰處于滿充狀態(tài)；否則將當前的鋰離子電池補充電量至滿充，其中充電電壓不高于所述第二輔助正極材料的充電電壓平臺。
7.一種對權(quán)利要求1至5所述的鋰離子電池電量狀態(tài)檢測方法，其特征是， 將當前的鋰離子電池補充電量至滿充，具體是對當前的鋰離子電池補充電量直到電池的電壓達到所述第二輔助正極材料的充電電壓平臺為止。
8.一種對權(quán)利要求1至5之任一所述的鋰離子電池進行配對成組的方法，其特征是，包括測量各所述鋰離子電池的開路電壓；如果當前所述鋰離子電池的開路電壓達到所述第二輔助正極材料對應(yīng)的滿電狀態(tài)下對應(yīng)的靜置電壓，則認為當前所述鋰離子電池中的磷酸鐵鋰處于滿充狀態(tài)，否則將當前的所述鋰離子電池補充電量至滿充狀態(tài)，其中充電電壓不高于所述第二輔助正極材料的充電電壓平臺。按照各所述鋰離子電池的容量等級，將各所述鋰離子電池配對組成電池組。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，公開了一種磷酸鐵鋰鋰離子電池及其電量狀態(tài)檢測方法及配對方法。鋰離子電池包括電芯，所述電芯由正極片、負極片、隔膜層疊或卷繞而成，其中所述隔膜間隔在所述正極片、負極片之間，涂覆在所述正極片上的正極材料包括磷酸鐵鋰、以及第二輔助正極材料，所述第二輔助正極材料為放電平臺高于所述磷酸鐵鋰的正極材料。應(yīng)用本實施例技術(shù)方案可以通過簡單的鋰離子電池電壓測量獲知當前鋰離子電池的電量狀態(tài)。
文檔編號H01M10/04GK102456912SQ20101061992
公開日2012年5月16日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者唐道平, 曾堅義, 曾紀術(shù), 郭永興, 陶芝勇 申請人:深圳市海盈科技有限公司