CN108051479A - 一种分析涂碳箔材界面导电性能的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分析涂碳箔材界面导电性能的检测方法，包括S1：制作实验电池；S2：进行实验电池的化成；S3：测量实验电池的电化学阻抗谱；S4：实验电池的阻抗谱拟合，采用测量软件Zahner‑4.12USB通过拟合电路LR(QR)(Q(RW))对阻抗谱图‑Nyquist曲线进拟合，通过解析出来的各阻抗组成部分来分析涂碳铝箔对电池性能的影响。本发明的有益效果：通过阻抗谱的拟合，解析出正极材料的电荷传递内阻，通过电荷传递内阻的大小来确定铝箔‑正极材料界面导电性能，可以对锂离子电池原材料进行快速筛选。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体来说，涉及一种分析涂碳箔材界面导电性能的检测方法。
背景技术
目前锂离子电池作为纯电动汽车首选的动力电池，已经大规模生产和使用。锂离子电池正极材料中的活性材料属于半导体，需要添加导电剂来形成导电网络，通过提高正极极片的电子电导率，降低正极的极化，来提升电池的充放电性能。电池正极的集流体为铝箔，通过粘结剂和导电网络来连接，目前箔材厂家通过对铝箔表面进行涂敷碳粉，来提高铝箔与正极材料间的导电性。电池厂家往往是通过电池的电化学性能来评价电池原材料，对铝箔-正极材料界面导电性能如何影响电池性能缺乏足够的了解，所以对涂碳铝箔的实际性能在电池制作之前就缺乏统一的评价标准。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种分析涂碳箔材界面导电性能的检测方法，以克服目前现有技术存在的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种分析涂碳箔材界面导电性能的检测方法，包括以下步骤：
S1：制作实验电池，从生产线或者中试线取出若干成对的使用涂碳铝箔的正极极片和常规负极极片，通过手工方法进行叠片，制作成实验电池；
S2：进行实验电池的化成，将实验电池注液静置1天后，对其进行首次充电，之后在-0.04Mpa环境下对实验电池抽气排除电池内部气体，然后再对实验电池闭口化成和分容循环；
S3：测量实验电池的电化学阻抗谱，在恒温环境下，使用电化学工作站Zahner IM6ex，设定5mV振幅的交流正弦波激励，对实验电池进行开路电压状态下的阻抗测量；
S4：实验电池的阻抗谱拟合，采用测量软件Zahner-4.12USB对阻抗谱图-Nyquist曲线进拟合，拟合电路为LR(QR)(Q(RW))，通过解析出来的各阻抗组成部分来分析涂碳铝箔对电池性能的影响。
进一步的，测量实验电池的电化学阻抗谱的测量频率范围为10KHz~20mHz。
本发明的有益效果：通过阻抗谱的拟合，解析出正极材料的电荷传递内阻，通过电荷传递内阻的大小来确定铝箔-正极材料界面导电性能，可以对锂离子电池原材料进行快速筛选。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的电化学阻抗谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种分析涂碳箔材界面导电性能的检测方法，包括以下步骤：
S1：制作实验电池，从生产线挑选出重量和厚度几乎相等的同批次正负极极片，根据本发明的一个实施例中，所述实验电池取材自8Ah电池，正极材料为锰酸锂，负极材料为石墨，正极极片尺寸为108mm×131mm，负极极片尺寸为113mm×137mm，为控制内阻测量的精确性，将极片周边裁切，最后成原来的1/3大小（正极极片为36mm×43.6mm，负极极片为37.6mm×45.6mm），确保实验电池的内阻在0.3~0.8mΩ之间，处于电化学工作站精确测量的阻抗区间。
S2：进行实验电池的化成，将实验电池注液5g后在常温下静置1天后，将实验电池在0.02C电流下进行首次充电，然后在-0.04Mpa条件下对实验电池进行抽气以排除实验电池内部气体，之后对所述实验电池再进行0.2C电流下的闭口化成和0.3C电流下的分容循环。
S3：测量实验电池的电化学阻抗谱，在恒温环境下，使用电化学工作站ZahnerIM6ex，设定5mV振幅的交流正弦波激励，对实验电池进行开路电压状态下的阻抗测量，得到阻抗谱图-Nyquist曲线（如图1所示），测量实验电池的电化学阻抗谱的测量频率范围为10KHz~20mHz。
S4：实验电池的阻抗谱拟合，采用测量软件Zahner-4.12USB对阻抗谱图-Nyquist曲线进拟合，拟合电路为LR(QR)(Q(RW))。
S5：采用上述同样的办法制作具有相同规格的常规铝箔（无涂敷碳粉）的电池作为对比例，测量对比电池的电化学阻抗谱后，得到阻抗谱图-Nyquist曲线（如图1所示），采用测量软件Zahner-4.12USB通过拟合电路LR(QR)(Q(RW))对阻抗谱图-Nyquist曲线进拟合，拟合结果如下表：
上述表中：L为电感部分，Rs为电池欧姆内阻，Rfilm电池内部固体-电解质界面膜（SEI）的欧姆内阻，CPE1（Cf，P1）为SEI膜的容抗部分。Rct为电极二次颗粒表面的电荷传递内阻，代表着锂离子电池在正负极材料嵌入-脱嵌的阻力，该值与电极材料的交换电流密度呈反比，Rct越小，表明电池的倍率性能相应越好。CPE2（Cdl，P2）为电极二次颗粒表面的容抗部分，W为电池内部半无限扩散阻抗，其中特征值σ为Warburg系数，表征着电池内部的扩散系数。从下表能看出，实施例的Rct相对于对比例的Rct降低了一个数量级，表明涂碳铝箔(实施例)凹版印刷的表面导电网络很好地和正极材料周围的导电网络联结起来，显著地提高了正极材料的交换电流密度，从而降低了电池的电荷传递内阻。
根据本发明一个实施例中实验电池的制作，可以进行极片筛选和裁切，能够控制实验电池的一致性和电池的阻抗在设备精度最高的测量范围，且实验电池的结构简单，尺寸可控，产气量小，可以不需要控制首次充电的外部压力，采用闭口化成即可。通过阻抗谱的拟合，解析出实验电池正极材料的电荷传递内阻，通过电荷传递内阻的大小来确定铝箔-正极材料界面导电性能，可以对锂离子电池原材料进行快速筛选。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种分析涂碳箔材界面导电性能的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制作实验电池，从生产线或者中试线取出若干成对的使用涂碳铝箔的正极极片和常规负极极片，通过手工方法进行叠片，制作成实验电池；
S2：进行实验电池的化成，将实验电池注液静置1天后，对其进行首次充电，之后在-0.04Mpa环境下对实验电池抽气排除电池内部气体，然后再对实验电池闭口化成和分容循环；
S3：测量实验电池的电化学阻抗谱，在恒温环境下，使用电化学工作站Zahner IM6ex，设定5mV振幅的交流正弦波激励，对实验电池进行开路电压状态下的阻抗测量；
S4：实验电池的阻抗谱拟合，采用测量软件Zahner-4.12USB对阻抗谱图-Nyquist曲线进拟合，拟合电路为LR(QR)(Q(RW))，通过解析出来的各阻抗组成部分来分析涂碳铝箔对电池性能的影响。
2.根据权利要求1所述的一种分析涂碳箔材界面导电性能的检测方法，其特征在于，测量实验电池的电化学阻抗谱的测量频率范围为10KHz~20mHz。
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2017
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