CN101662040A - 锂电池首次库伦效率的测量方法及材料体系优选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池首次库伦效率的测量方法及材料体系优选方法，其优选方法包括以下步骤：a)制备不同材料体系的多个锂离子电池，并将注液、陈化后的电池连接到库仑计量装置上；b)使用抽真空装置对电池内部抽真空；c)对电池进行充电，记录充电库仑值，再对电池进行放电，记录放电库仑值；d)根据所记录的库仑值，计算每个电池的首次库仑效率。e)比较各个电池的首次库仑效率值，优选锂离子电池的材料体系。本发明在电池首次充放电的过程中，对电池内部抽真空，消除预充过程中产生的气泡，使得所测得的首次库仑效率不受到预充产气的影响，可以更好地反映该电池体系的电化学性能，从而实现对电池材料体系的优选。
Description
技术领域
本发明涉及电池制造领域，具体是涉及一种锂电池首次库仑效率的测量方法及其材料体系的优选方法。
背景技术
锂离子电池的首次充放电库仑效率可以直接反映该电池体系的电化学性能。不同材料的电池体系会在首次测得的库仑效率中反映出来。一般电池负极材料的效率低就会影响其对应的正极容量的发挥，例如：相同钴酸锂正极体系对应两种不同负极的两种电池，如果测得两体系的库仑效率分别为92％和91％，由于明显低于钴酸锂的效率，说明两体系是受负极控制的，同时后者的效率较低，说明其对正极的发挥不利，在选择材料时不会考虑后一负极材料体系。首次充放电库仑效率对于评估电池体系的设计起到关键指导作用，比如当测量出某体系的首次库仑效率，在改变负极材料时，可以根据此数据设计不同负极材料的使用量。如果没有此数据，就可能导致设计的负极量太多或太少，都会影响电芯的循环性能和安全等性能。也可以根据测量的数据来分析电芯的负极设计是否合理。
然而，锂离子电池在预充过程中，由于在负极形成SEI膜等原因，会产生较多的气体。气体在液体中以微小气泡存在时，在表面张力的作用下，气泡不会由于密度差异而上浮(相当于毛细管)，而是粘俯在极片、壳体等界面张力较大的地方，另外目前的开口化成不能将气体完全排除。极片间的气泡相当于绝缘体，会部分地阻止锂离子的脱出和嵌入，从而对电芯首次充放电容量造成较大的影响。而且开口化成方法无法阻止空气中的水分，CO2等气体进入电池内，会引起副反应，因为水会与LiPF6反应产生LiF，降低活性锂的总量，使电池可逆容量降低，H2O与HF还能与SEI膜发生反应，致使电池在化成时形成的SEI层遭到破坏并生成气体，对电池造成负面影响，如降低电芯的容量，造成电芯鼓壳，从而影响到对锂离子电池的首次库仑效率值的测量，导致所测得的库仑效率值不能有效地评价电池的性能和指导电池材料体系的设计。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题就是克服以上缺陷，提出一种测量锂离子电池首次库仑效率的方法，可以排除电池预充时产气对库仑效率测量值的影响，从而为对电池材料体系的分析研究提供依据。
本发明要解决的另一个问题是提出一种锂离子电池材料体系的优选方法。
本发明提出的锂离子电池首次库仑效率的测量方法是通过以下技术方案予以实现的。
这种测量锂离子电池首次库仑效率方法的特点在于包括以下步骤：a)将注液、陈化后的锂离子电池连接到库仑计量装置上；b)使用抽真空装置对电池内部抽真空；c)对电池进行充电，记录充电库仑值，再对电池进行放电，记录放电库仑值；d)根据所记录的库仑值，计算电池的库仑效率。
上述测量锂离子电池首次库仑效率方法中，所述步骤b)中抽真空时的压强设定为0.01MPa～0.1MPa。
所述步骤b)中抽真空时的压强设定为0.03MPa～0.08MPa。
所述步骤b)中抽真空设备通过通过真空管连接电池端盖上的注液孔，从而实现对电池内部抽真空。
所述步骤b)中，对真空管与注液孔的连接处进行密封，以防止外界气体进入。
本发明提出的锂离子电池的材料体系的优选方法是通过以下技术方案予以实现的。
这种锂离子电池材料体系的优选方法包括以下步骤：a)制备不同材料体系的多个锂离子电池，并将注液、陈化后的锂离子电池连接到库仑计量装置上；b)使用抽真空装置对电池内部抽真空；c)对电池进行充电，记录充电库仑值，再对电池进行放电，记录放电库仑值；d)根据所记录的库仑值，计算每个电池的首次库仑效率。e)比较步骤d)所得的各个电池的首次库仑效率，优选锂离子电池的材料体系。
所述步骤b)中抽真空时的压强设定为0.01MPa～0.1MPa。
所述步骤b)中抽真空时的压强设定为0.03MPa～0.08MPa。
所述步骤b)中抽真空设备通过真空管连接电池端盖上的注液孔，从而实现对电池内部抽真空。
所述步骤b)中，对真空管与注液孔的连接处进行密封，以防止外界气体进入。
本发明与现有技术对比所具有的有益效果是：在电池首次充放电的过程中，对电池内部抽真空，消除了预充过程中产生的气泡，从而消除了气泡对锂离子电池充放电过程的影响，且能有效防止空气中的水分、CO2等气体进入电池内，避免副反应发生对电池首次充放电过程造成影响，使得所测得的首次库仑效率不受到预充产气的影响，可以更好地反映该电池体系的电化学性能，也有利于更好地评估此电池体系设计的有效性，实现电池材料体系的优选。
具体实施方式
实施例1
以镍钴锰酸锂为正极材料，天然石墨为负极材料，装配200个型号为423040AH(厚×宽×高＝4.5mm×30mm×40mm，额定电压＝3.7V)的电池，注液、陈化后分为试验组一和对比组一，每组100个。
对实验组一的100个电池进行库仑效率的测量，其步骤如下：
a)将注液、陈化后的锂离子电池连接到库仑计量装置上。
b)用耐压、耐腐蚀的胶管或金属管将电池的注液孔与抽真空装置连接，并密封连接处，防止空气进入，启动抽真空装置对电池内部抽真空，保持抽真空时的压强为0.03MPa。
c)对电池以40mA的电流恒流充电至4.2V，遂以恒电压充电至10mA，根据库仑计量装置记录得到平均首次充电容量为447.3mAh，再对电池以40mA的电流放电至2.75V，根据库仑计量装置记录得到平均首次放电容量为420.0mAh。
d)根据所记录的充电库仑值和发电个库仑值，计算电池的首次库仑效率为93.4％。
对对比组一的100个电池进行库仑效率的测量，其步骤如下：
a)将注液、陈化后的锂离子电池连接到库仑计量装置上。
b)对电池以40mA的电流恒流充电至4.2V，遂以恒电压充电至10mA，根据库仑计量装置记录得到平均首次充电容量为436.4mAh，再对电池以40mA的电流放电至2.75V，根据库仑计量装置记录得到平均首次放电容量为386.6mAh。
c)根据所记录的充电库仑值和放电库仑值，计算得出电池的首次库仑效率为88.6％。
实施例2
为确保实验的对比性，本实施例制作电池除负极材料替换为改性天然石墨负极材料外，其他均与实施例1相同。即以镍钴锰酸锂为正极材料，改性天然石墨为负极材料，装配200个型号为423040AH(厚×宽×高＝4.5mm×30mm×40mm，额定电压＝3.7V)的电池，注液、陈化后分为试验组二和对比组二，每组100个。
对实验组二的100个电池进行库仑效率的测量，其步骤如下：
a)将注液、陈化后的锂离子电池连接到库仑计量装置上。
b)用耐压、耐腐蚀的胶管或金属管将电池的注液孔与抽真空装置连接，并密封连接处，防止空气进入，启动抽真空装置对电池内部抽真空，保持抽真空时的压强为0.08MPa。
c)对电池以40mA的电流恒流充电至4.2V，遂以恒电压充电至10mA，记录并计算出平均首次充电容量为448.6mAh，再对电池以40mA的电流放电至2.75V，平均首次放电容量为427.3mAh。
d)根据所记录的库仑值，计算电池的首次库仑效率为95.3％。
对对比组二的100个电池进行库仑效率的测量，其步骤如下：
a)将注液、陈化后的锂离子电池连接到库仑计量装置上。
b)对电池以40mA的电流恒流充电至4.2V，遂以恒电压充电至10mA，得到平均首次充电容量为438.9mAh，再对电池以40mA的电流放电至2.75V，得到平均首次放电容量为388.1mAh。
c)根据所记录的库仑值，计算电池的首次库仑效率为88.4％。
实施例1和实施例2所得的实验数据结果见表1。
表1
从表1中可以看出：
对比组二与对比组一对比可知，传统工艺(即预充时不抽真空)中，改性石墨负极材料虽能改善平均首次充电容量，但库仑效率几乎没有变化，平均首次库仑效率基本不能体现原材料的变化。
实验组二与实验组一对比可知，采用预充时抽真空工艺制作的电池，平均首次充电容量基本相同的情况下，平均首次放电容量有所提高，导致平均首次库仑效率相应提高。电池的性能提高从平均首次库仑效率上得到体现。
所以，采用本实施例中预充时抽真空工艺制作的电池，首次库仑效率这一参数可以用以评判电池体系设计的优劣，也可以根据首次库仑效率的高低来选择电池的材料。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种锂离子电池材料体系的优选方法，其特征在于包括以下步骤：
a)制备不同材料体系的多个锂离子电池，并将注液、陈化后的锂离子电池连接到库仑计量装置上；
b)使用抽真空装置对电池内部抽真空；
c)对电池进行充电，记录充电库仑值，再对电池进行放电，记录放电库仑值；
d)根据所记录的库仑值，计算每个电池的首次库仑效率。
e)比较步骤d)所得的各个电池的首次库仑效率值，优选锂离子电池的材料体系。
2.如权利要求1所述的锂离子电池材料体系的优选方法，其特征在于：所述步骤b)中抽真空时的压强设定为0.01MPa～0.1MPa。
3.如权利要求2所述的锂离子电池材料体系的优选方法，其特征在于：所述步骤b)中抽真空时的压强设定为0.03MPa～0.08MPa。
4.如权利要求3所述的锂离子电池材料体系的优选方法，其特征在于：所述步骤b)中抽真空设备通过真空管连接电池端盖上的注液孔，从而实现对电池内部抽真空。
5.如权利要求4所述的锂离子电池材料体系的优选方法，其特征在于：所述步骤b)中，对真空管与注液孔的连接处进行密封，以防止外界气体进入。
6.一种锂离子电池首次库仑效率的测量方法，其特征在于包括以下步骤：
a)将注液、陈化后的锂离子电池连接到库仑计量装置上；
b)使用抽真空装置对电池内部抽真空；
c)对电池进行充电，记录充电库仑值，再对电池进行放电，记录放电库仑值；
d)根据所记录的库仑值，计算电池的库仑效率。
7.如权利要求6所述的测量锂离子电池首次库仑效率的方法，其特征在于：所述步骤b)中抽真空时的压强设定为0.01MPa～0.1MPa。
8.如权利要求7所述测量锂离子电池首次库仑效率的方法，其特征在于：所述步骤b)中抽真空时的压强设定为0.03MPa～0.08MPa。
9.如权利要求8所述的测量锂离子电池首次库仑效率的方法，其特征在于：所述步骤b)中抽真空设备通过真空管连接电池端盖上的注液孔，从而实现对电池内部抽真空。
10.如权利要求9所述的测量锂离子电池首次库仑效率的方法，其特征在于：所述步骤b)中，对真空管与注液孔的连接处进行密封，以防止外界气体进入。
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Application publication date: 20100303 |