CN108318822B - 一种锂电池极片和隔膜电导率的测量方法及系统 - Google Patents

一种锂电池极片和隔膜电导率的测量方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂电池极片和隔膜电导率的测量方法，包括：用待测电池样品制作n个限域型软包对称电池，n个限域型软包对称电池的隔膜层数依次为1、2、3……n；测量n个限域型软包对称电池的内阻，记为R1、R2、R3……Rn；将n个限域型软包对称电池的内阻与其隔膜层数进行线性拟合得到斜率b和截距a；根据公式计算出隔膜电导率K和极片电导率κ。本发明有利于在计算出斜率和截距，使测试过程中多个电池的内阻和隔膜层数保持高线性拟合度，保持结果的精度；且同时测量出极片和隔膜在相应电池体系中的电导率，消除了传统测试方法中孤立的测量极片和隔膜电导率的弊端，提高了计算结果的精度，具有广泛的应用场景和良好的应用需求。

Description

一种锂电池极片和隔膜电导率的测量方法及系统
技术领域
本发明涉及电导率测量技术领域，尤其涉及一种锂电池极片和隔膜电导率的测量方法及系统。
背景技术
内阻是衡量锂离子电池性能的重要指标之一，它决定了锂离子电池的循环性能和倍率性能，而正负极材料和隔膜的电导率很大程度上决定了电池的内阻，所以正负极材料和隔膜的电导率是电芯厂和原材料厂重点关注性能参数。
目前现有的测试方法，均是将正负极材料和隔膜脱离体系，分隔开来进行电导率测试，其测量结果并不能完全体现出正负极和隔膜在相应体系中的电导率，本发明是将待测正/负极片和隔膜制成限域型软包对称电池，电解液也采用样品原体系中的电解液，所以可以同时测量出极片和隔膜在相应电池体系中的电导率，而且线性拟合度高，测量结果精确，是一种理想的正/负极和隔膜电导率测量方法。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂电池极片和隔膜电导率的测量方法及系统。
本发明提出的锂电池极片和隔膜电导率的测量方法，包括以下步骤：
S1、用待测电池样品制作n个限域型软包对称电池，n个限域型软包对称电池的隔膜层数依次为1、2、3……n；
S2、测量n个限域型软包对称电池的内阻，记为R1、R2、R3……Rn；
S3、将n个限域型软包对称电池的内阻与其隔膜层数进行线性拟合得到斜率b和截距a；
Figure BDA0001512607430000021
其中，i为第i个限域型软包对称电池的隔膜层数且1≤i≤n，
Figure BDA0001512607430000022
为n个限域型软包对称电池的平均隔膜层数，Ri为第i个限域型软包对称电池的内阻，
Figure BDA0001512607430000023
为n个限域型软包对称电池的平均内阻；
S4、根据公式计算出隔膜电导率K和极片电导率κ；
所述公式为：
Figure BDA0001512607430000024
其中，l为极片单面活性物质的厚度，L为隔膜的厚度，S为限域型软包对称电池的限域面积。
优选地，步骤S1中，所述限域型软包对称电池的电极为由待测电池样品正极片或负极片组成的单层叠片对称电池。
优选地，步骤S1中，所述限域型软包对称电池的电解液为待测电池样品原体系中的电解液。
优选地，步骤S1中，所述限域型软包对称电池通过将打孔的绿胶贴在隔膜上进行限域。
优选地，步骤S2具体包括：
采用交流阻抗法分别测量n个限域型软包对称电池的内阻。
本发明提出的锂电池极片和隔膜电导率的测量系统，包括：
样品制作模块，用于将待测电池样品制作成n个限域型软包对称电池，n个限域型软包对称电池的隔膜层数依次为1、2、3……n；
内阻采集模块，用于分别测量n个限域型软包对称电池的内阻，记为R1、R2、R3……Rn；
参数拟合模块，用于将n个限域型软包对称电池的内阻与其隔膜层数进行线性拟合得到斜率b和截距a；
Figure BDA0001512607430000031
其中，i为第i个限域型软包对称电池的隔膜层数且1≤i≤n，
Figure BDA0001512607430000032
为n个限域型软包对称电池的平均隔膜层数，Ri为第i个限域型软包对称电池的内阻，
Figure BDA0001512607430000033
为n个限域型软包对称电池的平均内阻；
参数计算模块，用于根据公式计算出隔膜电导率K和极片电导率κ；
所述公式为：
Figure BDA0001512607430000034
其中，l为极片单面活性物质的厚度，L为隔膜的厚度，S为限域型软包对称电池的限域面积。
优选地，所述样品制作模块中，所述限域型软包对称电池的电极为由待测电池样品正极片或负极片组成的单层叠片对称电池。
优选地，所述样品制作模块中，所述限域型软包对称电池的电解液为待测电池样品原体系中的电解液。
优选地，所述样品制作模块中，所述限域型软包对称电池通过将打孔的绿胶贴在隔膜上进行限域。
优选地，所述内阻采集模块具有用于：
采用交流阻抗法分别测量n个限域型软包对称电池的内阻。
本发明提出的锂电池极片和隔膜电导率的测量方法，首先将待测电池样品制作成多个限域型软包对称电池，且上述多个电池的隔膜层数均不相同，有利于在测试过程中对多个电池的内阻和隔膜层数进行线性拟合计算出斜率和截距，使其保持高线性拟合度，保持结果的精度；最后基于斜率和截距来对隔膜的电导率和极片的电导率进行计算，同时测量出极片和隔膜在相应电池体系中的电导率，消除了传统测试方法中孤立的测量极片和隔膜电导率的弊端，提高了计算结果的精度，具有广泛的应用场景和良好的应用需求。
附图说明
图1为一种锂电池极片和隔膜电导率的测量方法的步骤示意图；
图2为一种锂电池极片和隔膜电导率的测量系统的结构示意图；
图3为实施例一中5个限域型软包对称电池的内阻的测量结果图；
图4为实施例一中5个限域型软包对称电池的内阻与隔膜层数的线性拟合过程图；
图5为实施例一中5个限域型软包对称电池的内阻与隔膜层数的线性拟合结果图；
图6为实施例二中5个限域型软包对称电池的内阻的测量结果图；
图7为实施例二中5个限域型软包对称电池的内阻与隔膜层数的线性拟合过程图；
图8为实施例二中5个限域型软包对称电池的内阻与隔膜层数的线性拟合结果图。
具体实施方式
如图1所示，图1为本发明提出的一种锂电池极片和隔膜电导率的测量方法。
参照图1，本发明提出的锂电池极片和隔膜电导率的测量方法，包括以下步骤：
S1、用待测电池样品制作n个限域型软包对称电池，n个限域型软包对称电池的隔膜层数依次为1、2、3……n；
本实施方式中，所述限域型软包对称电池的电极为由待测电池样品正极片或负极片组成的单层叠片对称电池；
所述限域型软包对称电池的电解液为待测电池样品原体系中的电解液；使测试过程与原环境相同，保证测试结果的真实性和准确性；
所述限域型软包对称电池通过将打孔的绿胶贴在隔膜上进行限域；由于绿胶具有阻隔粒子通过和对电解液惰性的特性，通过设置打孔的面积即可保证粒子在固定面积的区域内进行穿梭，实现限域的目的。
S2、测量n个限域型软包对称电池的内阻，记为R1、R2、R3……Rn；
本实施方式中，采用交流阻抗法分别测量n个限域型软包对称电池的内阻，有利于提高内阻采集结果的精度；且在测量过程中，需使用同一个夹具，并保持夹持的方法和松紧程度一致，全面保证测量结果的准确性。
S3、将n个限域型软包对称电池的内阻与其隔膜层数进行线性拟合得到斜率b和截距a；
Figure BDA0001512607430000051
其中，i为第i个限域型软包对称电池的隔膜层数且1≤i≤n，
Figure BDA0001512607430000052
为n个限域型软包对称电池的平均隔膜层数，Ri为第i个限域型软包对称电池的内阻，
Figure BDA0001512607430000053
为n个限域型软包对称电池的平均内阻；
本实施方式中，n个限域型软包对称电池的内阻与其隔膜层数根据公式
Figure BDA0001512607430000054
进行线性拟合，其中，i为限域型软包对称电池的隔膜层数；
S4、根据公式计算出隔膜电导率K和极片电导率κ；
所述公式为：，
Figure BDA0001512607430000061
其中，i为第i个限域型软包对称电池的隔膜层数，l为极片单面活性物质的厚度，L为隔膜的厚度，S为限域型软包对称电池的限域面积。
参照图2，图2为本发明提出的锂电池极片和隔膜电导率的测量系统，包括：
样品制作模块，用于将待测电池样品制作成n个限域型软包对称电池，n个限域型软包对称电池的隔膜层数依次为1、2、3……n；
本实施方式中，所述限域型软包对称电池的电极为由待测电池样品正极片或负极片组成的单层叠片对称电池；
所述限域型软包对称电池的电解液为待测电池样品原体系中的电解液；使测试过程与原环境相同，保证测试结果的真实性和准确性；
所述限域型软包对称电池通过将打孔的绿胶贴在隔膜上进行限域；由于绿胶具有阻隔粒子通过和对电解液惰性的特性，通过设置打孔的面积即可保证粒子在固定面积的区域内进行穿梭，实现限域的目的。
内阻采集模块，用于分别测量n个限域型软包对称电池的内阻，记为R1、R2、R3……Rn；
本实施方式中，采用交流阻抗法分别测量n个限域型软包对称电池的内阻，有利于提高内阻采集结果的精度；且在测量过程中，需使用同一个夹具，并保持夹持的方法和松紧程度一致，全面保证测量结果的准确性。
参数拟合模块，用于将n个限域型软包对称电池的内阻与其隔膜层数进行线性拟合得到斜率b和截距a；
Figure BDA0001512607430000071
其中，i为第i个限域型软包对称电池的隔膜层数且1≤i≤n，
Figure BDA0001512607430000072
为n个限域型软包对称电池的平均隔膜层数，Ri为第i个限域型软包对称电池的内阻，
Figure BDA0001512607430000073
为n个限域型软包对称电池的平均内阻；
本实施方式中，n个限域型软包对称电池的内阻与其隔膜层数根据公式
Figure BDA0001512607430000074
进行线性拟合，其中，i为限域型软包对称电池的隔膜层数；
参数计算模块，用于根据公式计算出隔膜电导率K和极片电导率κ；
所述公式为：
Figure BDA0001512607430000075
其中，l为极片单面活性物质的厚度，L为隔膜的厚度，S为限域型软包对称电池的限域面积。
为验证本实施方式的可行性和准确性，以下列出两个实施例，且两个实施例中均利用5个限域型软包对称电池进行分析，在实际使用过程中，限域型软包对称电池的个数根据实际需求进行设定；
实施例一：
用三元111正极片和基膜制作5个限域型软包对称电池，电解液使用样品原体系中的电解液，其隔膜层数分别为1、2、3、4、5层，限域的面积S＝1.1304cm2，已知极片单面活性物质的厚度为l＝55.5μm，隔膜的厚度为L＝12μm；
采用交流阻抗法(EIS)分别测量5个电池的欧姆内阻，测量结果图图3所示；其中R1＝2.4209Ω，R2＝3.105Ω，R3＝3.8854Ω，R4＝4.5669Ω，R5＝5.1809Ω；
将5个限域型软包对称电池的内阻与隔膜层数进行线性拟合，如图4所示，再根据拟合结果(如图5所示)，得出拟合度R2＝0.99795，斜率b＝0.69819，截距a＝1.73725；
根据斜率b和截距a计算出隔膜电导率K＝0.1520S/m和极片电导率κ＝0.5652S/m；其中，截距a的物理意义记为极片的阻值，所以
Figure BDA0001512607430000081
实施例二：
用石墨负极片和基膜制作5个限域型软包对称电池，电解液使用样品原体系中的电解液，其隔膜层数分别为1、2、3、4、5层，限域的面积S＝1.1304cm2，已知极片单面活性物质的厚度为l＝58.5μm，隔膜的厚度为L＝12μm；
采用交流阻抗法(EIS)分别测量5个电池的欧姆内阻，如图6所示，其中，R1＝1.12045Ω，R2＝1.6529Ω，R3＝2.6416Ω，R4＝3.4748Ω，R5＝4.3376Ω；
将5个限域型软包对称电池的内阻与隔膜层数进行线性拟合，如图7所示，再根据拟合结果(如图8所示)，得出R2＝0.99116，斜率b＝0.82562，截距a＝0.16861；
根据斜率b和截距a计算出隔膜电导率K＝0.1286S/m和极片电导率κ＝6.1386S/m。
本实施方式提出的锂电池极片和隔膜电导率的测量方法，首先将待测电池样品制作成多个限域型软包对称电池，且上述多个电池的隔膜层数均不相同，有利于在测试过程中对多个电池的内阻和隔膜层数进行线性拟合计算出斜率和截距，使其保持高线性拟合度，保持结果的精度；最后基于斜率和截距来对隔膜的电导率和极片的电导率进行计算，同时测量出极片和隔膜在相应电池体系中的电导率，消除了传统测试方法中孤立的测量极片和隔膜电导率的弊端，提高了计算结果的精度，具有广泛的应用场景和良好的应用需求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锂电池极片和隔膜电导率的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、用待测电池样品制作n个限域型软包对称电池，n个限域型软包对称电池的隔膜层数依次为1、2、3……n；
S2、测量n个限域型软包对称电池的内阻，记为R1、R2、R3……Rn；
S3、将n个限域型软包对称电池的内阻与其隔膜层数进行线性拟合得到斜率b和截距a；
Figure FDA0002685710520000011
其中，i为第i个限域型软包对称电池的隔膜层数且1≤i≤n，
Figure FDA0002685710520000012
为n个限域型软包对称电池的平均隔膜层数，Ri为第i个限域型软包对称电池的内阻，
Figure FDA0002685710520000013
为n个限域型软包对称电池的平均内阻；
S4、根据公式计算出隔膜电导率K和极片电导率κ；
所述公式为：
Figure FDA0002685710520000014
其中，l为极片单面活性物质的厚度，L为隔膜的厚度，S为限域型软包对称电池的限域面积；
步骤S1中，所述限域型软包对称电池的电极为由待测电池样品正极片或负极片组成的单层叠片对称电池。
2.根据权利要求1所述的锂电池极片和隔膜电导率的测量方法，其特征在于，步骤S1中，所述限域型软包对称电池的电解液为待测电池样品原体系中的电解液。
3.根据权利要求1所述的锂电池极片和隔膜电导率的测量方法，其特征在于，步骤S1中，所述限域型软包对称电池通过将打孔的绿胶贴在隔膜上进行限域。
4.根据权利要求1所述的锂电池极片和隔膜电导率的测量方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
采用交流阻抗法分别测量n个限域型软包对称电池的内阻。
5.一种锂电池极片和隔膜电导率的测量系统，其特征在于，包括：
样品制作模块，用于将待测电池样品制作成n个限域型软包对称电池，n个限域型软包对称电池的隔膜层数依次为1、2、3……n；
内阻采集模块，用于分别测量n个限域型软包对称电池的内阻，记为R1、R2、R3……Rn；
参数拟合模块，用于将n个限域型软包对称电池的内阻与其隔膜层数进行线性拟合得到斜率b和截距a；
Figure FDA0002685710520000021
其中，i为第i个限域型软包对称电池的隔膜层数且1≤i≤n，
Figure FDA0002685710520000022
为n个限域型软包对称电池的平均隔膜层数，Ri为第i个限域型软包对称电池的内阻，
Figure FDA0002685710520000023
为n个限域型软包对称电池的平均内阻；
参数计算模块，用于根据公式计算出隔膜电导率K和极片电导率κ；
所述公式为：
Figure FDA0002685710520000024
其中，l为极片单面活性物质的厚度，L为隔膜的厚度，S为限域型软包对称电池的限域面积。
6.根据权利要求5所述的锂电池极片和隔膜电导率的测量系统，其特征在于，所述样品制作模块中，所述限域型软包对称电池的电极为由待测电池样品正极片或负极片组成的单层叠片对称电池。
7.根据权利要求5所述的锂电池极片和隔膜电导率的测量系统，其特征在于，所述样品制作模块中，所述限域型软包对称电池的电解液为待测电池样品原体系中的电解液。
8.根据权利要求5所述的锂电池极片和隔膜电导率的测量系统，其特征在于，所述样品制作模块中，所述限域型软包对称电池通过将打孔的绿胶贴在隔膜上进行限域。
9.根据权利要求5所述的锂电池极片和隔膜电导率的测量系统，其特征在于，所述内阻采集模块具有用于：
采用交流阻抗法分别测量n个限域型软包对称电池的内阻。
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