专利名称：：快速充电方法
技术领域：
：本发明快速充电方法属于电池领域，特别是涉及一种锂离子、聚合物锂离子电池的快速充电方法。
背景技术：
：锂离子电池或聚合物锂离子电池在充电时都有一个公知的充电限制电压，充电采用恒流恒压的方式进行，g卩先用恒流充电，充电到公知充电限制电压时改为以公知充电限制电压大小恒压充电，这时充电电流逐渐减小，当减小到1/20倍率时停止充电。在恒流充电时，电池两端电压由两部分组成，一部分是电池正负极之间的电位差，其中包括各种极化电压和电池正负极间的稳定电压，另一部分是电池欧姆电阻上的压降。欧姆内阻，是电池内部由于离子、电子的导电阻力引起的。恒压充电时，充电电流逐渐减小，欧姆内阻压降减小，各种极化压降也在减小，当充电电流减小到1/20倍率时，欧姆电阻上的压降和各种极化压降都减小到很小，达到可忽略的地步，电池两电极间的稳定电压近似达到公知的充电限制电压。这种充电方式充电时间长。在许多场合需对二次锂电池进行快速充电或应急充电，以能在最短的时间里完成，电池可继续使用，不需要备用电池。实验证明，如果采用大电流恒流充电，恒流时间越长，恒压时间越短，充进去的电量越多，若不要恒压部分，也可充进电池的电，达到电池的容量，那是既简便又实用的方法。中国专利快速充电方法及装置，ZL200610034990.6公开的技术，也是采用恒大电流充电，其实际充电的充电终止电压大于公知的电池的充电限制电压，大大縮短了充电时间。用专利ZL200610034990.6公开的方法选择大电流充电终止电压，在有些情况下电池充不满电，使用范围受到限制。多年来研究人员提出许多快速充电的方法，有些方法得以在特殊场合应用，有些方法制成的充电器或繁琐、或价格贵，或不适用，而不能推广应用。
发明内容本发明的目的在于避免现有技术的不足之处，提供一种在保证电池循环寿命和其他性能的前提下，通过适当增大电池两极之间的充电终止电压的方法实现大电流充电，充电时间短、方法简单、有效、实用，易于推广。本发明的方法是采用恒流大电流充电，充电终止电压大于公知的充电限制电压，恒流充电结束的充电终止电压Vz要大于按电池不同体系确定的公知的充电限制电压V。，高倍率恒流充电至Vz，充电即结束，本发明的大电流充电终止电压和公知的充电限制电压符合一个函数式。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(1)其中，Vz是充电终止电压；V。是公知的恒流恒压充电限制电压，是电池两电极间的充电限制电压，其数值根据正负极体系不同而不同，在2.05.0V之间；△V=0.0272N+0.0008;在数值上N=充电电流/电池的额定容量，在此称为充电倍率，N》3;Vk是修正参数，与电池的配方、设计，生产的分散性有关的参数，约为±0.05。电池体系可以是钴酸锂/碳、锰酸锂/碳、镍钴酸锂/碳、镍钴锰酸锂/碳，其公知选择V。=4.2V，磷酸铁锂/碳，其公知选择V^3.63.8V，还有钒系正极材料/碳等体系。在23土3'C的环境下，厶V符合下面方程关系△V=0.0272N+0.0008...............(2)忽略AV=0.0272N+0.0008中的0.0008项，可最终得到大电流恒流充电终止电压与充电倍率间符合方程(3):Vz=V。+0.0272N±0.05...............(3)该函数式是对大功率型电池实际充电的数据进行统计，用曲线拟合的方法得到的。对不同的电池用不同的倍率的电流进行充电，当充进电池的电量等于实际容量时，记录充电终止电压，同时停止充电。得到一系列的数据见表l.表l.大电流充电，充进电池的实际容量时的电池充电终止电压(LiCo02/C(碳)系电池)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注表l中的数据是在23±3°。时，50个电池数据的平均值。对于LiCo02/C(碳)系电池其公知的充电限制电压为V。=4.2V.可得实际充电终止电压与充电限制电压的差值AV列于表2.表2.充电终止电压增值AV与倍率关系<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>终止电压增值对充电倍率进行最小二乘方曲线拟合，得到拟合方程-△V=0.0272N+0.0008...............(2)拟合方程的相关系数为0.996。用方程(2)计算所得数据与原始测试数据比较见表3.表3.用方程(1)计算所得数据与原始数据比较<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>可见，计算所得数据与原始数据有一定的差距，这和不同电池的配方、设计，尤其和生产的分散性有关系。经过对大量数据的分析得到经验修正参数V,=土0.05V。表4.电池实际充满电的终止电压与计算值比较(按方程(3)计算)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>对功率型电池大电流恒流充电充满电的终止电压值包含在方程(3)内。方程(3)是对功率型电池进行试验研究获得大量的实验数据，经过数学处理得到恒流充电倍率和恒流充电终止电压的内在关系，在保证电池循环寿命和其他性能的前提下，通过适当增大电池两极之间的充电终止电压的方法实现大电流充电，充电时间短、方法简单、有效、实用，易于推广。在方程(3)Vz=V。+0.0272N±Vk...............(3)V。是公知的电池两极之间的充电限制电压，V。是和电池体系有关的参数，设置的电池实际充电终止电压Vz要大于电池正负极之间的充电限制电压V。。V。是电池两电极间的充电限制电压，其数值随正负极体系不同而不同，在24.5V之间；如钴酸锂/碳、锰酸锂/碳、镍钴酸锂/碳、镍钴锰酸锂/碳、镍锰酸锂/碳系列电池公知选择V^4.2士0.05V;磷酸铁锂/碳系电池公知选择V。=3.6-3.8V。实际充电终止电压Vz包括在两极之间的充电限制电压V。上再增加一个电压值AV，△V=0.0272N+0.0008...............(2)N是充电倍率；AV反映了充电倍率对充电终止电压影响的规律，AV包括了欧姆内阻压降、各种极化等电压。Vk是修正参数，取值范围是士0.05。电池可以用N》3的电流进行充电，当充电电流N^10(10倍的额定容量的电流)时，充电时间《6min，用电池的标称倍率放电，可放出额定容量的80°/。以上；用本发明的快速充电方法充电，用相应的标称倍率放电进行循环，容量保持80%的循环次数^300次；采用本发明的方法进行快速充电后，再以10倍率的电流过充电至15V，电池不会爆炸起火。其他安全性能也满足IEC标准要求。该方法是恒流充电到Vz即停止充电，充电结束。本发明简单、有效、实用，易于推广，充电快又能充进尽可能多的电量。这种快速充电方法表观上的过充电对功率型电池性能的影响可忽略。附图1是高倍率充电充电终止电压与倍率关系示意图。具体实施例方式下面结合实施例作进一步说明。如附图l所示，用方程(3)计算Vz验证恒大电流充满电时的充电终止电压高倍率充电充电终止电压与倍率关系，反映了功率型电池大倍率充电，充电终止电压和倍率之间的关系。这一关系是一条带，不是一条线，这是由不同正负极配方、不同电池设计及生产过程的分散性所致。实施例h高倍率快充型聚合物锂离子电池性能测试1、电池型号502026HS20QC标称容量130mAh根据对502026HS20QC采用的正负极材料、配方、电池设计及生产的分散性取V。=4.2V，Vk=-0,03V采用IO倍率充电，根据方程(3)可得到Vz=4.2+0.0272X10-0.03=4.442选取Vz=4.442V2、测试内容①基本参数电池厚度、宽度、高度、重量、内阻和电压，10只，计算平均值。②6分钟快充测试IO倍率充电，选择充电终止电压为4.442V——测试10只电池(1)130mA(l倍率)恒流放电至3.0V截止；(2)搁置5min;(3)1300mA(IO倍率)恒流充电至4.442V截止，限时6min;(6分钟充满电)(4)搁置5min;(5)130mA(1倍率)恒流放电至3.OV截止；(快充后1倍率放电容量0)③倍率放电测试l倍率、20倍率、30倍率放电——测试10只电池(1)130mA(l倍率)恒流恒压充电至4.2V，7mA截止；(2)搁置5min;(3)130mA(l倍率)恒流放电至3.0V截止；(l倍率放电容量C。》(4)搁置5min;(5)130mA(l倍率)恒流恒压充电至4.2V，7mA截止；(6)搁置5min;(7)2600mA(20倍率)恒流放电至3.0V截止；(20倍率放电容量C03)(8)搁置5min;(9)130mA(l倍率)恒流恒压充电至4.2V，7mA截止；(10)搁置5min;(11)3900mA(30倍率)恒流放电至3.0V截止；(30倍率放电容量C04)④快充循环测试10倍率充电20倍率放电——测试10只电池(1)1300mA(IO倍率)恒流充电至4.442V截止;(2)搁置5min;(3)2600mA(20倍率)恒流放电至3.0V截止；(第l周为初始容量d)(4)搁置5min;(5)从工步(1)至(4)循环300次(第300周放电容量C30。)3、测试环境温度23±3°C4、测试数据①、基本参数测试(IO个电池平均值，温度25±3°C)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>②、6分钟快充，l倍率放电容量<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>③、倍率放电测试<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>、快充循环测试<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>⑤、10倍率15V过充安全测试IO只电池全部不起火、不爆炸。权利要求1、一种快速充电方法，是采用恒流大电流充电，充电终止电压大于公知的充电限制电压，恒流充电结束的终止电压Vz要大于充电限制电压V0，高倍率恒流充电至Vz，充电即结束，其特征是大电流充电终止电压和公知的充电限制电压符合一个函数式，Vz＝V0+△V±Vk……………(1)其中，Vz是充电终止电压；V0是公知的恒流恒压充电限制电压；Vk是修正参数；△V＝0.0272N+0.0008；N是充电倍率，在数值上N＝充电电流/电池额定容量。2、根据权利要求1所述的快速充电方法，其特征是AV-O.0272N;N是充电倍率，在数值上N=充电电流/电池额定容量。3、根据权利要求l所述的快速充电方法，其特征是V。是电池两电极间的充电限制电压，其数值在2.05.0V之间，充电电流的倍率N》3，Vk是修正参数，为±0.05。4、根据权利要求l所述的快速充电方法，其特征是电池体系是钴酸锂/碳或锰酸锂/碳或镍钴酸锂/碳或镍钴锰酸锂/碳，其公知选择V^4.2V。5、根据权利要求1所述的快速充电方法，其特征是电池体系是磷酸铁锂/碳，其公知选择V0=3.63.8V。6、一种快速充电方法，是采用恒流大电流充电，充电终止电压大于公知的充电限制电压，恒流充电结束的充电终止电压Vz要大于充电限制电压V。，高倍率恒流充电至Vz，充电即结束，其特征是大电流充电终止电压和公知的充电限制电压符合一个函数式，Vz=Vo+AV±Vk...............(1)其中，Vz是充电终止电压；V。是公知的恒流恒压充电限制电压；△V-0.0272N;N是充电倍率；在数值上N=充电电流/电池额定容量，Vk是修正参数，为±0.05。7、根据权利要求6所述的快速充电方法，其特征是在23士3'C的环境下，采用恒流大电流充电。全文摘要本发明快速充电方法属于电池领域，特别是涉及一种锂离子、聚合物锂离子电池快速充电的方法。采用恒流大电流充电，充电终止电压大于公知的充电限制电压，本发明的大电流充电终止电压和公知的充电限制电压符合一个函数式V<sub>Z</sub>＝V<sub>0</sub>+ΔV±V<sub>k</sub>(1)，其中，V<sub>Z</sub>是充电终止电压；V<sub>0</sub>是公知的恒流恒压充电限制电压；ΔV＝0.0272N+0.0008；在数值上N＝充电电流/电池额定容量。V<sub>k</sub>是修正参数，与电池的配方、设计，生产的分散性有关的参数，为±0.05。该方法是恒流充电到V<sub>Z</sub>即停止充电，充电结束。本发明简单、有效、实用，易于推广，充电快又能充进尽可能多的电量。文档编号H01M10/44GK101388562SQ20081002944公开日2009年3月18日申请日期2008年7月10日优先权日2008年7月10日发明者张健鸿,张翠芬,成定波,曾石华申请人:广州丰江电池新技术有限公司