專利名稱：：快速充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明快速充電方法屬于電池領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰離子、聚合物鋰離子電池的快速充電方法。
背景技術(shù)：
：鋰離子電池或聚合物鋰離子電池在充電時(shí)都有一個(gè)公知的充電限制電壓，充電采用恒流恒壓的方式進(jìn)行，g卩先用恒流充電，充電到公知充電限制電壓時(shí)改為以公知充電限制電壓大小恒壓充電，這時(shí)充電電流逐漸減小，當(dāng)減小到1/20倍率時(shí)停止充電。在恒流充電時(shí)，電池兩端電壓由兩部分組成，一部分是電池正負(fù)極之間的電位差，其中包括各種極化電壓和電池正負(fù)極間的穩(wěn)定電壓，另一部分是電池歐姆電阻上的壓降。歐姆內(nèi)阻，是電池內(nèi)部由于離子、電子的導(dǎo)電阻力引起的。恒壓充電時(shí)，充電電流逐漸減小，歐姆內(nèi)阻壓降減小，各種極化壓降也在減小，當(dāng)充電電流減小到1/20倍率時(shí)，歐姆電阻上的壓降和各種極化壓降都減小到很小，達(dá)到可忽略的地步，電池兩電極間的穩(wěn)定電壓近似達(dá)到公知的充電限制電壓。這種充電方式充電時(shí)間長(zhǎng)。在許多場(chǎng)合需對(duì)二次鋰電池進(jìn)行快速充電或應(yīng)急充電，以能在最短的時(shí)間里完成，電池可繼續(xù)使用，不需要備用電池。實(shí)驗(yàn)證明，如果采用大電流恒流充電，恒流時(shí)間越長(zhǎng)，恒壓時(shí)間越短，充進(jìn)去的電量越多，若不要恒壓部分，也可充進(jìn)電池的電，達(dá)到電池的容量，那是既簡(jiǎn)便又實(shí)用的方法。中國(guó)專利快速充電方法及裝置，ZL200610034990.6公開的技術(shù)，也是采用恒大電流充電，其實(shí)際充電的充電終止電壓大于公知的電池的充電限制電壓，大大縮短了充電時(shí)間。用專利ZL200610034990.6公開的方法選擇大電流充電終止電壓，在有些情況下電池充不滿電，使用范圍受到限制。多年來研究人員提出許多快速充電的方法，有些方法得以在特殊場(chǎng)合應(yīng)用，有些方法制成的充電器或繁瑣、或價(jià)格貴，或不適用，而不能推廣應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種在保證電池循環(huán)壽命和其他性能的前提下，通過適當(dāng)增大電池兩極之間的充電終止電壓的方法實(shí)現(xiàn)大電流充電，充電時(shí)間短、方法簡(jiǎn)單、有效、實(shí)用，易于推廣。本發(fā)明的方法是采用恒流大電流充電，充電終止電壓大于公知的充電限制電壓，恒流充電結(jié)束的充電終止電壓Vz要大于按電池不同體系確定的公知的充電限制電壓V。，高倍率恒流充電至Vz，充電即結(jié)束，本發(fā)明的大電流充電終止電壓和公知的充電限制電壓符合一個(gè)函數(shù)式。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(1)其中，Vz是充電終止電壓；V。是公知的恒流恒壓充電限制電壓，是電池兩電極間的充電限制電壓，其數(shù)值根據(jù)正負(fù)極體系不同而不同，在2.05.0V之間；△V=0.0272N+0.0008;在數(shù)值上N=充電電流/電池的額定容量，在此稱為充電倍率，N》3;Vk是修正參數(shù)，與電池的配方、設(shè)計(jì)，生產(chǎn)的分散性有關(guān)的參數(shù)，約為±0.05。電池體系可以是鈷酸鋰/碳、錳酸鋰/碳、鎳鈷酸鋰/碳、鎳鈷錳酸鋰/碳，其公知選擇V。=4.2V，磷酸鐵鋰/碳，其公知選擇V^3.63.8V，還有釩系正極材料/碳等體系。在23土3'C的環(huán)境下，厶V符合下面方程關(guān)系△V=0.0272N+0.0008...............(2)忽略AV=0.0272N+0.0008中的0.0008項(xiàng)，可最終得到大電流恒流充電終止電壓與充電倍率間符合方程(3):Vz=V。+0.0272N±0.05...............(3)該函數(shù)式是對(duì)大功率型電池實(shí)際充電的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，用曲線擬合的方法得到的。對(duì)不同的電池用不同的倍率的電流進(jìn)行充電，當(dāng)充進(jìn)電池的電量等于實(shí)際容量時(shí)，記錄充電終止電壓，同時(shí)停止充電。得到一系列的數(shù)據(jù)見表l.表l.大電流充電，充進(jìn)電池的實(shí)際容量時(shí)的電池充電終止電壓(LiCo02/C(碳)系電池)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注表l中的數(shù)據(jù)是在23±3°。時(shí)，50個(gè)電池?cái)?shù)據(jù)的平均值。對(duì)于LiCo02/C(碳)系電池其公知的充電限制電壓為V。=4.2V.可得實(shí)際充電終止電壓與充電限制電壓的差值A(chǔ)V列于表2.表2.充電終止電壓增值A(chǔ)V與倍率關(guān)系<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>終止電壓增值對(duì)充電倍率進(jìn)行最小二乘方曲線擬合，得到擬合方程-△V=0.0272N+0.0008...............(2)擬合方程的相關(guān)系數(shù)為0.996。用方程(2)計(jì)算所得數(shù)據(jù)與原始測(cè)試數(shù)據(jù)比較見表3.表3.用方程(1)計(jì)算所得數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)比較<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>可見，計(jì)算所得數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)有一定的差距，這和不同電池的配方、設(shè)計(jì)，尤其和生產(chǎn)的分散性有關(guān)系。經(jīng)過對(duì)大量數(shù)據(jù)的分析得到經(jīng)驗(yàn)修正參數(shù)V,=土0.05V。表4.電池實(shí)際充滿電的終止電壓與計(jì)算值比較(按方程(3)計(jì)算)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>對(duì)功率型電池大電流恒流充電充滿電的終止電壓值包含在方程(3)內(nèi)。方程(3)是對(duì)功率型電池進(jìn)行試驗(yàn)研究獲得大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)學(xué)處理得到恒流充電倍率和恒流充電終止電壓的內(nèi)在關(guān)系，在保證電池循環(huán)壽命和其他性能的前提下，通過適當(dāng)增大電池兩極之間的充電終止電壓的方法實(shí)現(xiàn)大電流充電，充電時(shí)間短、方法簡(jiǎn)單、有效、實(shí)用，易于推廣。在方程(3)Vz=V。+0.0272N±Vk...............(3)V。是公知的電池兩極之間的充電限制電壓，V。是和電池體系有關(guān)的參數(shù)，設(shè)置的電池實(shí)際充電終止電壓Vz要大于電池正負(fù)極之間的充電限制電壓V。。V。是電池兩電極間的充電限制電壓，其數(shù)值隨正負(fù)極體系不同而不同，在24.5V之間；如鈷酸鋰/碳、錳酸鋰/碳、鎳鈷酸鋰/碳、鎳鈷錳酸鋰/碳、鎳錳酸鋰/碳系列電池公知選擇V^4.2士0.05V;磷酸鐵鋰/碳系電池公知選擇V。=3.6-3.8V。實(shí)際充電終止電壓Vz包括在兩極之間的充電限制電壓V。上再增加一個(gè)電壓值A(chǔ)V，△V=0.0272N+0.0008...............(2)N是充電倍率；AV反映了充電倍率對(duì)充電終止電壓影響的規(guī)律，AV包括了歐姆內(nèi)阻壓降、各種極化等電壓。Vk是修正參數(shù)，取值范圍是士0.05。電池可以用N》3的電流進(jìn)行充電，當(dāng)充電電流N^10(10倍的額定容量的電流)時(shí)，充電時(shí)間《6min，用電池的標(biāo)稱倍率放電，可放出額定容量的80°/。以上；用本發(fā)明的快速充電方法充電，用相應(yīng)的標(biāo)稱倍率放電進(jìn)行循環(huán)，容量保持80%的循環(huán)次數(shù)^300次；采用本發(fā)明的方法進(jìn)行快速充電后，再以10倍率的電流過充電至15V，電池不會(huì)爆炸起火。其他安全性能也滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)要求。該方法是恒流充電到Vz即停止充電，充電結(jié)束。本發(fā)明簡(jiǎn)單、有效、實(shí)用，易于推廣，充電快又能充進(jìn)盡可能多的電量。這種快速充電方法表觀上的過充電對(duì)功率型電池性能的影響可忽略。附圖1是高倍率充電充電終止電壓與倍率關(guān)系示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步說明。如附圖l所示，用方程(3)計(jì)算Vz驗(yàn)證恒大電流充滿電時(shí)的充電終止電壓高倍率充電充電終止電壓與倍率關(guān)系，反映了功率型電池大倍率充電，充電終止電壓和倍率之間的關(guān)系。這一關(guān)系是一條帶，不是一條線，這是由不同正負(fù)極配方、不同電池設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過程的分散性所致。實(shí)施例h高倍率快充型聚合物鋰離子電池性能測(cè)試1、電池型號(hào)502026HS20QC標(biāo)稱容量130mAh根據(jù)對(duì)502026HS20QC采用的正負(fù)極材料、配方、電池設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的分散性取V。=4.2V，Vk=-0,03V采用IO倍率充電，根據(jù)方程(3)可得到Vz=4.2+0.0272X10-0.03=4.442選取Vz=4.442V2、測(cè)試內(nèi)容①基本參數(shù)電池厚度、寬度、高度、重量、內(nèi)阻和電壓，10只，計(jì)算平均值。②6分鐘快充測(cè)試IO倍率充電，選擇充電終止電壓為4.442V——測(cè)試10只電池(1)130mA(l倍率)恒流放電至3.0V截止；(2)擱置5min;(3)1300mA(IO倍率)恒流充電至4.442V截止，限時(shí)6min;(6分鐘充滿電)(4)擱置5min;(5)130mA(1倍率)恒流放電至3.OV截止；(快充后1倍率放電容量0)③倍率放電測(cè)試l倍率、20倍率、30倍率放電——測(cè)試10只電池(1)130mA(l倍率)恒流恒壓充電至4.2V，7mA截止；(2)擱置5min;(3)130mA(l倍率)恒流放電至3.0V截止；(l倍率放電容量C?！?4)擱置5min;(5)130mA(l倍率)恒流恒壓充電至4.2V，7mA截止；(6)擱置5min;(7)2600mA(20倍率)恒流放電至3.0V截止；(20倍率放電容量C03)(8)擱置5min;(9)130mA(l倍率)恒流恒壓充電至4.2V，7mA截止；(10)擱置5min;(11)3900mA(30倍率)恒流放電至3.0V截止；(30倍率放電容量C04)④快充循環(huán)測(cè)試10倍率充電20倍率放電——測(cè)試10只電池(1)1300mA(IO倍率)恒流充電至4.442V截止;(2)擱置5min;(3)2600mA(20倍率)恒流放電至3.0V截止；(第l周為初始容量d)(4)擱置5min;(5)從工步(1)至(4)循環(huán)300次(第300周放電容量C30。)3、測(cè)試環(huán)境溫度23±3°C4、測(cè)試數(shù)據(jù)①、基本參數(shù)測(cè)試(IO個(gè)電池平均值，溫度25±3°C)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>②、6分鐘快充，l倍率放電容量<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>③、倍率放電測(cè)試<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>、快充循環(huán)測(cè)試<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>⑤、10倍率15V過充安全測(cè)試IO只電池全部不起火、不爆炸。權(quán)利要求1、一種快速充電方法，是采用恒流大電流充電，充電終止電壓大于公知的充電限制電壓，恒流充電結(jié)束的終止電壓Vz要大于充電限制電壓V0，高倍率恒流充電至Vz，充電即結(jié)束，其特征是大電流充電終止電壓和公知的充電限制電壓符合一個(gè)函數(shù)式，Vz＝V0+△V±Vk……………(1)其中，Vz是充電終止電壓；V0是公知的恒流恒壓充電限制電壓；Vk是修正參數(shù)；△V＝0.0272N+0.0008；N是充電倍率，在數(shù)值上N＝充電電流/電池額定容量。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速充電方法，其特征是AV-O.0272N;N是充電倍率，在數(shù)值上N=充電電流/電池額定容量。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的快速充電方法，其特征是V。是電池兩電極間的充電限制電壓，其數(shù)值在2.05.0V之間，充電電流的倍率N》3，Vk是修正參數(shù)，為±0.05。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的快速充電方法，其特征是電池體系是鈷酸鋰/碳或錳酸鋰/碳或鎳鈷酸鋰/碳或鎳鈷錳酸鋰/碳，其公知選擇V^4.2V。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速充電方法，其特征是電池體系是磷酸鐵鋰/碳，其公知選擇V0=3.63.8V。6、一種快速充電方法，是采用恒流大電流充電，充電終止電壓大于公知的充電限制電壓，恒流充電結(jié)束的充電終止電壓Vz要大于充電限制電壓V。，高倍率恒流充電至Vz，充電即結(jié)束，其特征是大電流充電終止電壓和公知的充電限制電壓符合一個(gè)函數(shù)式，Vz=Vo+AV±Vk...............(1)其中，Vz是充電終止電壓；V。是公知的恒流恒壓充電限制電壓；△V-0.0272N;N是充電倍率；在數(shù)值上N=充電電流/電池額定容量，Vk是修正參數(shù)，為±0.05。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的快速充電方法，其特征是在23士3'C的環(huán)境下，采用恒流大電流充電。全文摘要本發(fā)明快速充電方法屬于電池領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰離子、聚合物鋰離子電池快速充電的方法。采用恒流大電流充電，充電終止電壓大于公知的充電限制電壓，本發(fā)明的大電流充電終止電壓和公知的充電限制電壓符合一個(gè)函數(shù)式V_Z＝V₀+ΔV±V_k(1)，其中，V_Z是充電終止電壓；V₀是公知的恒流恒壓充電限制電壓；ΔV＝0.0272N+0.0008；在數(shù)值上N＝充電電流/電池額定容量。V_k是修正參數(shù)，與電池的配方、設(shè)計(jì)，生產(chǎn)的分散性有關(guān)的參數(shù)，為±0.05。該方法是恒流充電到V_Z即停止充電，充電結(jié)束。本發(fā)明簡(jiǎn)單、有效、實(shí)用，易于推廣，充電快又能充進(jìn)盡可能多的電量。文檔編號(hào)H01M10/44GK101388562SQ20081002944公開日2009年3月18日申請(qǐng)日期2008年7月10日優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日發(fā)明者張健鴻,張翠芬,成定波,曾石華申請(qǐng)人:廣州豐江電池新技術(shù)有限公司