CN102694195A - 一种便于电池管理系统管理的磷酸铁锂电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便于电池管理系统（BMS）管理的新型磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池的电芯主要包括正极材料和负极材料，通过在正极材料中掺入三元材料（即镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1-x-yO2），改变了磷酸铁锂电池在3.1V左右时的放电电压特性曲线，使曲线变得倾斜，从而便于BMS采集电压来估算电池组目前的电池剩余电量（SOC），进而有效的对电池进行充放电管理，可以大大的延长电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及电池管理和磷酸铁锂电池技术。
背景技术
电池管理系统（BMS）是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池。 二次电池存在下面的一些缺点，如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安全性、电池电量估算困难等。电池的性能是很复杂的，不同类型的电池特性亦相差很大。 BMS主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。
磷酸铁锂电池以它卓越的充放电性能，高能量密度，被广泛应用于笔记本电脑、手机及电动工具等电子产品中，目前已经成为世界各国研究开发的重点。普通磷酸铁锂电池一般以磷酸铁锂（LiFePO4）作为电池正极的活性物质，但磷酸铁锂电池放电过程中的电压特性曲线在3.1V左右时比较平滑，不利于BMS对电压数据进行采集来评估电池组的电池剩余电量（SOC），实际评估中误差比较大。因此，容易出现单只电池过充、过放导致电池损坏，影响电池组的正常工作，工作寿命大大缩短。
发明内容
本发明主要针对普通磷酸铁锂电池的上述不足，通过改变磷酸铁锂电池的电芯成分，获得一种便于BMS管理的新型磷酸铁锂电池。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在正极材料中掺入三元材料（即镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1-x-yO2），这样，正极材料的成分包括磷酸铁理（LiFePO4）、镍钴锰酸锂（LiNixCoyMn1-x-yO2）、导电剂和粘结剂PVDF，其中，LiFePO4的粒径D50=1-3.5微米，LiNixCoyMn1-x-yO2的粒径D50=12-18微米；各成分的质量比为LiFePO4:LiNixCoyMn1-x-yO2:导电剂:PVDF=98-99:1-2:3-4:3-5。负极材料的成分包括人造石墨、增稠剂CMC、粘结剂SBR和导电剂，其中，人造石墨的粒径D50=12-18微米，且各成分的质量比为人造石墨:导电剂:增稠剂CMC:粘结剂SBR=100:1-2:1-3:2-3。按常规方法制成磷酸铁锂电池。
本发明通过在正极材料中掺入所述三元材料（LiNixCoyMn1-x-yO2），改变了磷酸铁锂电池在3.1V左右时的放电电压特性曲线，使曲线变得倾斜，从而便于BMS采集电压来估算电池组目前的SOC。
本发明的有益效果是，使得BMS便于对电池的电压数据进行采集，进而有效的对电池进行充放电管理，大大的延长了电池的使用寿命。
附图说明
图1是本发明与普通磷酸铁锂电池放电过程中电压特性对比曲线图。
图中X轴表示放电时间（单位：s），Y轴表示BMS系统采集的电压（单位：mV）。 1为普通磷酸铁锂电池放电过程中的电压特性曲线， 2为本发明放电过程中的电压特性曲线。
具体实施方式
为了说明问题，我们分别制备普通磷酸铁锂和本发明提供的新型磷酸铁锂电池来进行比较。
普通磷酸铁锂电池电芯正极材料各成分的质量比为LiFePO4:导电剂:PVDF=125:2:3，负极材料各成分的质量比为人造石墨:导电剂:CMC:SBR=100:1.5:1.5:2.5。按常规方法制成型号为756070的磷酸铁锂电池，并按常规1C放电。
本发明的电芯正极材料体各成分的质量比为LiFePO4:LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2:导电剂:PVDF=100:1:3:5，负极材料各成分的质量比为人造石墨:导电剂:CMC:SBR=100:1.5:1.5:2.5。按常规方法制成型号为756070的磷酸铁锂电池，并按常规1C放电。
参照附图，1为普通磷酸铁锂电池放电过程中的电压特性曲线， 2为本发明放电过程中的电压特性曲线。
由图可见，本发明在放电过程中电压下降随时间的变化率较普通磷酸铁锂电池的要大，放电电压特性曲线更倾斜，达到了便于BMS有效管理的目的。
Claims (3)
1.一种磷酸铁锂电池，其电芯由正极材料和负极材料组成，其特征是：在正极材料中掺入三元材料（即镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1-x-yO2），正极材料的成分包括磷酸铁理（LiFePO4）、镍钴锰酸锂（LiNixCoyMn1-x-yO2）、导电剂和粘结剂PVDF；负极材料的成分包括人造石墨、增稠剂CMC、粘结剂SBR和导电剂。
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征是：LiFePO4的粒径D50=1 -3.5微米，LiNixCoyMn1-x-yO2的粒径D50=12-18微米，正极材料各成分的质量比为：LiFePO4:LiNixCoyMn1-x-yO2:导电剂:PVDF=98-99:1-2:3-4:3-5。
3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征是：人造石墨的粒径D50=12-18微米，负极材料各成分质量比为：人造石墨:导电剂:增稠剂CMC:粘结剂SBR=100:1-2:1-3:2-3。
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