一種鋰電池剩余壽命的預測方法技術

本發明專利技術公開了一種鋰電池剩余壽命的預測方法，包括以下步驟：制備一個與使用前的鋰電池相同的殼體，與殼體外連帶有壓力表的氣瓶，充入惰性氣體使殼體膨脹形變，建立膨脹度和壓力表顯示的壓力數據的函數關系式，壓力表顯示的壓力數據和鋰電池的內部壓力的數值相同，從而根據理想氣體狀態方程PV＝nRT及已知參數，計算出使用后的鋰電池內部的氣體的物質的量n1＝p’v3’/RT’，進一步計算出產生這些氣體消耗的活性物質的物質的量n2，記電化學反應前總的活性物質的物質的量為n3，得剩余壽命為(1?n2/n3)×100％，本發明專利技術的方法簡便有效，尤其適用于預測異型鋰一次電池(非標件)的剩余壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種鋰電池剩余壽命的預測方法，尤其涉及一種通過建立函數關系式來預測鋰一次電池剩余壽命的方法。
技術介紹
鋰一次電池(primarylithiumbattery)，是一種高能化學原電池，俗稱鋰電池。以金屬鋰為負極，固體鹽類或溶于有機溶劑的鹽類為電解質，金屬氧化物或其他固體、液體氧化劑為正極活性物。鋰電池的主要材料一般用金屬鋰或鋰合金為負極材料，由于金屬鋰是一種活潑金屬，遇水會激烈反應釋放出氫氣，所以這類鋰電池必須采用非水電解質，它們通常由有機溶劑和無機鹽組成，以不與鋰和電池其他材料發生持續的化學反應為原則，常用LiClO4、LiAsF6、LiAlCl4、LiBF4、LiBr、LiCl等無機鹽作鋰電池的電解質，而有機溶劑則一般是用PC、EC、DME、BL、THF、AN、MF中的二、三種混合作為有機溶劑使用。鋰電池的正極活性物質常用的有：固態鹵化物如氟化銅(CuF2)、氯化銅(CuCl2)、氯化銀(AgCl)、聚氟化碳((CF)4)，固態硫化物如硫化銅(CuS)、硫化鐵(FeS)、二硫化鐵(FeS2)，固態氧化物如二氧化錳(MnO2)、氧化銅(CuO)、三氧化鉬(MoO3)、五氧化二釩(V2O5)，固態含氧酸鹽如鉻酸銀(Ag2CrO4)、鉍酸鉛(Pb2Bi2O5)，固態鹵素如碘(I2)，液態氧化物如二氧化硫(SO2)，液態鹵氧化物如亞硫酰氯(SOCl2)。因此鋰一次電池有很多系列，常見的有鋰-二氧化錳、鋰-硫化銅、鋰-氟化碳、鋰-二氧化硫和鋰-亞硫酰氯等。常規鋰一次電池的剩余容量這個參數是非常重要的，它可以提示消費者電池的剩余壽命還可以使用多久后必須更換鋰電池。通常研究者都是通過電池的應用模式來計算電池消耗的容量，從而得出電池剩余容量，計算出剩余壽命。然而實際情況下設備的應用模式通常比較復雜，很難準確的計算出電池消耗的容量。
技術實現思路
針對現有技術中存在的上述問題，本專利技術的目的在于提供一種鋰電池剩余壽命的預測方法，尤其涉及一種通過建立鋰電池膨脹度和內部壓力的函數關系式來預測鋰一次電池剩余壽命的方法。特別是對于異形鋰一次電池(非標件)特別有效，電池制造廠家可以對每一個異形電池提供一個參考曲線，消費者可以根據提供的參考曲線進行計算出電池的剩余容量，從而得出電池的剩余壽命。為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：一種鋰電池剩余壽命的預測方法，所述方法包括以下步驟：(1)制備一個與使用前的鋰電池的外殼材質、總體積、內腔容積、殼厚均相同的殼體，所述殼體上除注液口外完全密封；(2)將所述注液口用密封件的一端進行密封，密封件的另一端連接裝有壓力表的氣瓶，所述氣瓶中裝有惰性氣體；(3)開啟氣瓶，向殼體中充入惰性氣體，至充滿殼體；(4)繼續向殼體中充入惰性氣體，殼體發生膨脹形變，膨脹前的殼體總體積為v，膨脹度為x與膨脹后的總體積v*及v的關系為：x＝(v*-v)/v，記錄當膨脹度為x時所述壓力表顯示的壓力數據p，記為(x，p)；(5)將步驟(4)得到的膨脹度和壓力數據進行擬合，得到膨脹度x和壓力數據p的函數關系式；(6)測量使用前后的鋰電池的總體積分別為v1’和v2’，其中，v2’是在使用溫度T’下測得的，膨脹度為x’＝(v2’-v1’)/v1’，將膨脹度x’代入步驟(5)的函數關系式計算得到使用后的鋰電池的內部壓力p’；計算使用后的鋰電池的內腔容積v3’，根據理想氣體狀態方程PV＝nRT，計算得到使用后的鋰電池內部產生的氣體的物質的量為n1＝p’v3’/RT’；(7)根據電化學反應方程式中，產生的氣體與消耗的活性物質的物質的量之間的關系，計算出參與反應的活性物質的物質的量n2，記電化學反應前的活性物質的物質的量為n3，則待測鋰電池的剩余壽命為(1-n2/n3)×100％。本專利技術中，步驟(5)得到的膨脹度x和壓力數據p的函數關系式與溫度無關，在任何溫度下(比如-40℃～85℃)均滿足此關系式。優選地，所述鋰電池為鋰亞硫酰氯電池、鋰二氧化錳電池、鋰氟化碳電池或鋰釩酸銀電池中的任意一種。但并不限于上述列舉的鋰一次電池，其他的經過電化學反應產生氣體的電池也適用于本專利技術的方法。優選地，所述鋰電池的外殼材質為鋼、不銹鋼或鈦合金中的任意一種。優選地，所述惰性氣體為氮氣、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣或氙氣中的任意一種或至少兩種的組合。本專利技術中，膨脹前后殼體的總體積v1和v2的計算方法可以采用現有技術中的方法進行測量和計算，也可以采用以下優選方案進行測量和計算：膨脹前所述殼體的總體積v1的計算方法為：測量膨脹前的殼體的長、寬和高，分別記為a1、b1和c1，則膨脹前殼體的總體積v1＝a1b1c1；膨脹后所述殼體的總體積v2的計算方法為：測量膨脹后的殼體的長、寬和高，分別記為a2、b2和c2，則膨脹后殼體的總體積v2＝a2b2c2。優選地，擬合采用的方法為曲線擬合方法或線性擬合方法中的任意一種，優選為曲線擬合方法。本專利技術中，使用前的鋰電池的總體積v1’和使用后的鋰電池的總體積v2’的計算方法可以采用現有技術中的方法進行測量和計算，也可以采用以下優選方案進行測量和計算：所述使用前的鋰電池的總體積v1’的計算方法為：測量使用前的鋰電池外殼的長、寬和高，分別記為a1’、b1’和c1’，則使用前的鋰電池的總體積v1’＝a1’b1’c1’；所述使用后的鋰電池總體積v2’的計算方法為：測量使用后的鋰電池的外殼的長、寬和高，分別記為a2’、b2’和c2’，則使用后的鋰電池總體積v2’＝a2’b2’c2’。優選地，步驟(4)記錄壓力數據時，記錄至少三組膨脹度和壓力數據(x，p)，記錄的組數越多，則擬合的精度越高，更有利于準確地反應膨脹度和壓力數據之間的關系。優選地，所述使用后的鋰電池的內腔體積v3’是通過以下方法計算的：用使用后的鋰電池的總體積v2’減去鋰電池的內部組件所占體積，得到v3’。優選地，所述使用溫度T’＝-40℃～85℃，例如-40℃、-30℃、-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、50℃、60℃、65℃、75℃或85℃等。通過本專利技術的方法，可以得到電池的膨脹度和剩余壽命的關系，進行多次測量，得到至少三組電池的膨脹度和剩余壽命數據，進行線性或曲線擬合，可得到電池的膨脹度和剩余壽命的關系曲線。若提供電池的放電比容量數據和電池的活性物質的質量，則可知電池的總容量，因而通過電池的剩余壽命，可以計算得到電池的剩余容量，即：剩余容量＝(放電比容量×活性物質的質量)×剩余壽命。與已有技術相比，本專利技術具有如下有益效果：(1)本專利技術所述方法通過制備一個與使用前的鋰電池的外殼材質、總體積、內腔容積和殼厚均相同的殼體，與殼體外連一個帶有壓力表的氣瓶，充入惰性氣體使殼體發生膨脹形變，建立膨脹度和壓力表顯示的壓力數據的函數關系式，該關系式能夠很真實地反映鋰電池的膨脹度和鋰電池的內部壓力的關系，從而根據理想氣體狀態方程PV＝nRT以及已知參數(鋰電池內部壓力p’、鋰電池工作溫度下的體積v3’、鋰電池工作溫度T’)計算出使用后的鋰電池內部的氣體的物質的量n1＝p’v3’/RT’，進一步計算出產生這些氣體需要消耗的活性物質的物質的量n2，由于電化學反應前總的活性物質的物質的量為n3，可本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋰電池剩余壽命的預測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：(1)制備一個與使用前的鋰電池的外殼材質、總體積、內腔容積和殼厚均相同的殼體，所述殼體上除注液口外完全密封；(2)將所述注液口用密封件的一端進行密封，所述密封件的另一端連接裝有壓力表的氣瓶，所述氣瓶中裝有惰性氣體；(3)開啟氣瓶，向所述殼體中充入惰性氣體，至充滿殼體；(4)繼續向所述殼體中充入惰性氣體，殼體發生膨脹形變，膨脹前的殼體總體積為v，膨脹度x與膨脹后的總體積v*及v的關系為：膨脹度x＝(v*?v)/v，記錄當膨脹度為x時所述壓力表顯示的壓力數據p，記為(x，p)；(5)將步驟(4)得到的膨脹度和壓力數據進行擬合，得到膨脹度x和壓力數據p的函數關系式；(6)測量使用前后的鋰電池的總體積分別為v1’和v2’，其中，v2’是在使用溫度T’下測得的，膨脹度為x’＝(v2’?v1’)/v1’，將膨脹度x’代入步驟(5)的函數關系式計算得到使用后的鋰電池的內部壓力p’；計算使用后的鋰電池的內腔容積v3’，根據理想氣體狀態方程PV＝nRT，計算得到使用后的鋰電池內部產生的氣體的物質的量n1＝p’v3’/RT’；(7)根據電化學反應方程式中，產生的氣體與消耗的活性物質的物質的量之間的關系，計算出參與反應的活性物質的物質的量n2，記電化學反應前總的活性物質的物質的量為n3，則使用后的鋰電池的剩余壽命為(1?n2/n3)×100％。...

【技術特征摘要】
1.一種鋰電池剩余壽命的預測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：(1)制備一個與使用前的鋰電池的外殼材質、總體積、內腔容積和殼厚均相同的殼體，所述殼體上除注液口外完全密封；(2)將所述注液口用密封件的一端進行密封，所述密封件的另一端連接裝有壓力表的氣瓶，所述氣瓶中裝有惰性氣體；(3)開啟氣瓶，向所述殼體中充入惰性氣體，至充滿殼體；(4)繼續向所述殼體中充入惰性氣體，殼體發生膨脹形變，膨脹前的殼體總體積為v，膨脹度x與膨脹后的總體積v*及v的關系為：膨脹度x＝(v*-v)/v，記錄當膨脹度為x時所述壓力表顯示的壓力數據p，記為(x，p)；(5)將步驟(4)得到的膨脹度和壓力數據進行擬合，得到膨脹度x和壓力數據p的函數關系式；(6)測量使用前后的鋰電池的總體積分別為v1’和v2’，其中，v2’是在使用溫度T’下測得的，膨脹度為x’＝(v2’-v1’)/v1’，將膨脹度x’代入步驟(5)的函數關系式計算得到使用后的鋰電池的內部壓力p’；計算使用后的鋰電池的內腔容積v3’，根據理想氣體狀態方程PV＝nRT，計算得到使用后的鋰電池內部產生的氣體的物質的量n1＝p’v3’/RT’；(7)根據電化學反應方程式中，產生的氣體與消耗的活性物質的物質的量之間的關系，計算出參與反應的活性物質的物質的量n2，記電化學反應前總的活性物質的物質的量為n3，則使用后的鋰電池的剩余壽命為(1-n2/n3)×100％。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述鋰電池為鋰亞硫酰氯電池、鋰二氧化錳電池、鋰氟化碳電池或鋰釩酸銀電池中的任意一種。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述鋰電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉子文，曹浪，胡國華，祝媛，劉建華，劉金成，
申請(專利權)人：惠州億緯鋰能股份有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44