CN109298341A - 锂离子电池负极析锂的量化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池负极析锂的量化方法，采用低温大倍率充电使得正极脱出的锂会在负极形成锂枝晶，通过后续嵌入到正极材料中的锂量化正极脱出后在负极表面形成的枝晶锂。本发明是通过拆解低危电芯的方法，量化负极的析锂量，降低了操作的风险性，且测试方法简单易行，测试结果精确可靠，具有很好的实用性和可行性。

Description

锂离子电池负极析锂的量化方法

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池负极析锂的量化方法。

背景技术

随着电动汽车普及度的加大，我们对锂离子动力电池的性能要求也越来越高。但目前锂离子还有很多性能不能满足大众的需求，其中一项就是低温充电性能，低温下(低于0℃)，锂离子动力电池在充电过程中锂离子会在电池负极沉积形成金属锂，不仅影响电池容量，还会降低电池的安全性。如果直接在满电态下将电池拆开分析负极表面的金属锂含量，不仅操作困难，且拆解过程中会面临金属锂的氧化分解，造成测量误差甚至是引发火灾。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种锂离子电池负极析锂的量化方法，通过正极材料的嵌锂量来量化负极材料表面的析锂量，该方法简单可行、数据准确、检测精度高，可以避免分析负极时金属锂氧化而带来的误差。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子电池负极析锂的量化方法，包括以下步骤：

a、在23～27℃下将电池充分静置后，以1C电流对电池放电，然后继续以1C电流对电池充放电循环至少1周，将最后一周的放电容量记为Ca；

b、再将电池置于温度≤0℃的低温环境中静置；

c、在所述低温环境中对步骤b中的电池进行大倍率充放电至少1次；

d、将步骤c中的电池取出置于23～27℃环境中充分静置后，拆解电池，取出正极片、电解液和隔膜；

e、将步骤d中所述正极片、电解液、隔膜与嵌满锂的负极组装成新电池；

f、将所述新电池在23～27℃环境中静置后，以1C电流将新电池放电，放电容量记为Cb；

g、计算电池负极析锂量η＝Cb/Ca。

进一步的，在步骤a中，所述充分静置的时间为10h以上，所述放电过程为将电池放电至规定下限电压后静置1h以上，所述充放电过程为以1C电流将电池充电至规定上限电压，然后转恒压充电至电流≤0.05C停止，静置1h以上，再以1C电流放电至规定下限电压，静置1h以上。

优选的，在步骤a中，所述充放电过程循环3周。

进一步的，在步骤b中，所述静置的时间为10h以上。

进一步的，在所述步骤c中，所述大倍率充放电过程为将步骤b中的电池以大倍率电流充电至规定上限电压后，再转恒压充电至电流≤0.05C停止，静置1h以上，再以大倍率电流将电池放电至规定下限电压停止，静置1h以上。

优选的，在步骤c中，所述的大倍率充放电为电流≥1C的充放电，所述大倍率充放电循环3次。

进一步的，在步骤d中，所述拆解电池过程在手套箱进行，且拆解时电池应处于放空状态，所述充分静置的时间为10h以上。

进一步的，在步骤f中，所述的静置时间为10h以上，所述放电过程为以1C电流对所述新电池放电至规定下限电压。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

低温大倍率充电过程中正极脱出的锂沉积在负极，形成锂枝晶，这部分锂枝晶在放电过程中无法嵌入到正极材料中去，这就导致了正极材料处于嵌锂的不饱和态。导致正极材料贫锂的原因就是锂离子在负极发生沉积形成锂枝晶，因此本发明通过评价正极材料的不饱和度来量化负极的析锂量。本发明是通过拆解低危电芯的方法，量化负极的析锂量，降低了操作的风险性，且测试方法简单易行，测试结果精确可靠，具有很好的实用性和可行性。

附图说明

图1为本发明中实施例1的锂电池在25℃下a步骤中最后一周放电曲线图；

图2为本发明实施例1中0℃循环充放电三次的数据图；

图3为本发明实施例1中组装的新电池放电曲线图。

具体实施方式

本发明公开了一种锂离子电池负极析锂的量化方法，包括以下步骤：

a、在23～27℃下将电池充分静置后，以1C电流对电池放电，然后继续以1C电流对电池充放电至少循环1周，将最后一周的放电容量记为Ca；这里充分静置的时间为10h以上，目的是保证电池温度与环境温度相同，这里的放电过程是将电池放电至规定下限电压静置1h以上，这里的充放电为以1C电流将电池充电至规定上限电压，然后转恒压充电至电流≤0.05C停止，静置1h以上，再以1C电流放电至规定下限电压，静置1h以上，这里的充放电过程至少要循环1周，优选的，充放电过程循环3周，使得放电容量Ca的结果更加准确。

b、再将电池置于温度≤0℃的低温环境中静置，这里的静置时间为10h以上，保证电池温度与所述低温环境温度相同。

c、在所述低温环境中对步骤b中的电池进行大倍率充放电至少循环1次，这里所述的大倍率充放电过程指的是以≥1C电流对电池进行充放电，所述的充放电过程为将步骤b中的电池以大倍率电流充电至规定上限电压后，再转恒压充电至电流≤0.05C停止，静置1h以上，再以大倍率电流将电池放电至规定下限电压停止，静置1h以上，所述的大倍率充放电过程至少循环1次，优选的，循环3次，使负极析锂更加充分，从而使得测试结果更加准确。

d、将步骤c中的电池放电至空电状态，取出并置于23～27℃环境中充分静置，充分静置时间为10h以上，将充分静置后的电池在手套箱中拆解，取出正极片、电解液和隔膜。在手套箱中拆解可以避免金属锂氧化分解，造成测量误差，同时可以保证操作过程的安全性。

e、将步骤d中所述正极片、电解液、隔膜与嵌满锂的负极组装成新电池，这里的负极嵌满锂是由于在后续新电池的放电过程保证负极含有足够的锂，放电过程中锂离子会从负极脱出嵌入到正极，使正极填满锂离子。

f、将所述新电池在23～27℃环境中静置后，以1C电流将新电池放电，放电容量记为Cb，这里所述的静置时间为10h以上，保证电池温度与环境温度相同，所述放电过程为以1C电流对所述新电池放电至规定下限电压。

g、根据正极不饱和度量化负极析锂量，负极析锂量为η＝Cb/Ca。

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。下列实施例仅用于解释和说明本发明，而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常为常规条件，或者按照制造厂商所建议的条件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

本实施例采用容量为8Ah的软包电芯，体系为NCM/C体系，该体系规定下限电压为2.8V，规定上限电压为4.2V。

a、将8Ah软包电芯，在25℃下静置10h后，以1C电流放电至2.8V，静置1h；以1C恒流充电至4.2V后转恒压充电至电流≤0.05C停止，静置1h，然后以1C放电至2.8V，静置1h，将上述充放电过程循环3周，最后一周的放电曲线如图1所示，最后一周的放电容量为8.02Ah记为Ca。；

b、将电芯置于0℃低温环境下静置10h；

c、在所述0℃中对步骤b中的电池以1C大倍率电流充电至4.2V转恒压充电至电流≤0.05C停止，静置1h，然后以1C大倍率电流放电至电压为2.8V停止，静置1h，将上述充放电过程循环3次，其充放电数据图见图2；

d、将步骤c中的电池取出置于25℃手套箱中静置10h，拆解电芯，取出正极片、电解液和隔膜；

e、在手套箱中，将正极片，电解液、隔膜以及事先准备好的嵌满锂的负极组装成新电池；

f、将新电池置于25℃下静置10h，然后以1C放电至2.8V，放电曲线图见图3，放电容量为0.44Ah记为Cb；

g、计算电池负极析锂量η＝Cb/Ca，结果见表1。

实施例2

将低温环境改为-10℃，其余实验条件均与实施例1相同，得到Ca为8.08Ah，Cb为0.78Ah，计算得到-10℃下的负极析锂量，结果见表1。

实施例3

将低温环境改为-20℃，其余实验条件均与实施例1相同，得到Ca为8.05Ah，Cb为1.08Ah，计算得到-20℃下的负极析锂量，结果见表1。

表1是不同低温环境下锂离子电池的正极不饱和度即负极析锂量；

实施例	温度点	正极不饱和度(即负极析锂量)
			实施例1	0℃	5.48％
实施例2	-10℃	9.65％
			实施例3	-20℃	13.42％

实施例4

本实施例采用容量为8Ah的软包电芯，体系为NCM/C体系，该体系规定下限电压为2.8V，规定上限电压为4.2V。

a、将8Ah软包电芯，在23℃下静置10h后，以1C电流放电至2.8V，静置2h；以1C恒流充电至4.2V后转恒压充电至电流≤0.05C停止，静置2h，然后以1C放电至2.8V，静置2h，将上述充放电过程循环2周，最后一周的放电容量为8.03Ah记为Ca。；

b、将电芯置于0℃低温环境下静置12h；

c、在所述0℃中对步骤b中的电池以1.5C大倍率电流充电至4.2V转恒压充电至电流≤0.05C停止，静置3h，然后以1C大倍率电流放电至电压为2.8V停止，静置3h，将上述充放电过程循环2次；

d、将步骤c中的电池取出置于23℃手套箱中静置12h，拆解电芯，取出正极片、电解液和隔膜；

e、在手套箱中，将正极片，电解液、隔膜以及事先准备好的嵌满锂的负极组装成新电池；

f、将新电池置于23℃下静置12h，然后以1C放电至2.8V，放电容量为0.46Ah记为Cb；

g、计算电池负极析锂量η＝Cb/Ca。

实施例5

本实施例采用容量为8Ah的软包电芯，体系为NCM/C体系，该体系规定下限电压为2.8V，规定上限电压为4.2V。

a、将8Ah软包电芯，在27℃下静置13h后，以1C电流放电至2.8V，静置1h；以1C恒流充电至4.2V后转恒压充电至电流≤0.05C停止，静置1h，然后以1C放电至2.8V，静置1h，将上述充放电过程循环1周，最后一周的放电容量为8.03Ah记为Ca。；

b、将电芯置于0℃低温环境下静置10h；

c、在所述0℃中对步骤b中的电池以1C大倍率电流充电至4.2V转恒压充电至电流≤0.05C停止，静置1h，然后以1C大倍率电流放电至电压为2.8V停止，静置1h，将上述充放电过程循环1次；

d、将步骤c中的电池取出置于27℃手套箱中静置13h，拆解电芯，取出正极片、电解液和隔膜；

e、在手套箱中，将正极片，电解液、隔膜以及事先准备好的嵌满锂的负极组装成新电池；

f、将新电池置于27℃下静置13h，然后以1C放电至2.8V，放电容量为0.40Ah记为Cb；

g、计算电池负极析锂量η＝Cb/Ca。

由于在低温下，大倍率充电使得正极脱出的锂会在负极形成锂枝晶，这部分锂枝晶无法在放电过程中嵌入到正极，就会导致正极处于贫锂态，拆解后正极与嵌满锂的石墨负极重新组装成新电池，首先进行放电，由于负极含有足够的锂，放电过程中锂离子会从负极脱出嵌入到正极，使正极填满锂离子。因此后续嵌入到正极材料中的锂可认为是正极脱出后在负极表面形成的枝晶锂。本发明是通过拆解低危电芯的方法，量化负极的析锂量，降低了操作的风险性，且测试方法简单易行，测试结果精确可靠，具有很好的实用性和可行性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的替换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池负极析锂的量化方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、在23~27℃下将电池充分静置后，以1C电流对电池放电，然后继续以1C电流对电池充放电循环至少1周，将最后一周的放电容量记为Ca；

b、再将电池置于温度≤0℃的低温环境中静置；

c、在所述低温环境中对步骤b中的电池进行大倍率充放电至少1次；

d、将步骤c中的电池取出置于23~27℃环境中充分静置后，拆解电池，取出正极片、电解液和隔膜；

e、将步骤d中所述正极片、电解液、隔膜与嵌满锂的负极组装成新电池；

f、将所述新电池在23~27℃环境中静置后，以1C电流将新电池放电，放电容量记为Cb；

g、计算电池负极析锂量η=Cb/Ca。

2.如权利要求1所述的量化方法，其特征在于：在步骤a中，所述充分静置的时间为10h以上，所述放电过程为将电池放电至规定下限电压后静置1h以上，所述充放电过程为以1C电流将电池充电至规定上限电压，然后转恒压充电至电流≤0.05C停止，静置1h以上，再以1C电流放电至规定下限电压，静置1h以上。

3.如权利要求1或2所述的量化方法，其特征在于：在步骤a中，所述充放电过程循环3周。

4.如权利要求1所述的量化方法，其特征在于：在步骤b中，所述静置的时间为10h以上。

5.如权利要求1所述的量化方法，其特征在于：在所述步骤c中，所述大倍率充放电为将步骤b中的电池以大倍率电流充电至规定上限电压后，再转恒压充电至电流≤0.05C停止，静置1h以上，再以大倍率电流将电池放电至规定下限电压停止，静置1h以上。

6.如权利要求1或5所述的量化方法，其特征在于：在步骤c中，所述的大倍率充放电为电流≥1C的充放电，所述大倍率充放电循环3次。

7.如权利要求1所述的量化方法，其特征在于：在步骤d中，所述拆解电池过程在手套箱进行，且拆解时电池应处于放空状态，所述充分静置的时间为10h以上。

8.如权利要求1所述的量化方法，其特征在于：在步骤f中，所述的静置时间为10h以上，所述放电过程为以1C电流对所述新电池放电至规定下限电压。