CN109375113A

CN109375113A - 测试锂电材料质量比容量的方法

Info

Publication number: CN109375113A
Application number: CN201811126058.5A
Authority: CN
Inventors: 李晓洁; 孟博
Original assignee: Shandong Goldencell Electronics Technology Co Ltd
Current assignee: Shandong Goldencell Electronics Technology Co Ltd
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2019-02-22

Abstract

本发明属于锂离子电池生产工艺领域，为了解决全电池克容量与扣式电池克容量检测差异的问题进而提高全电池的安全性能，本发明提供了一种测试锂电材料质量比容量的方法。采用的技术方案如下：包括以下步骤：制作正极极片，制作负极极片，冲模、称重，按照正负极材料种类选择正负极片极片的质量进行对应配对，然后放置于手套箱中2h；手套箱扣电组装，将制作完成的扣式电池夹持在电化学测试柜上，根据测试倍率（0.2C、1C、3C、5C）计算充放电电流，电流=倍率×理论克容量×（M₂‑M₁）×ω%。

Description

测试锂电材料质量比容量的方法

技术领域

本发明属于锂离子电池生产工艺领域，具体是一种测试锂电材料质量比容量的方法。

背景技术

锂离子电池由于体积小、重量轻、环境友好、比能量高得到了广泛使用。随着电子产品、电动汽车以及各种混合动力汽车的发展，对为其提供能量的锂离子电池提出了更高的要求。

锂离子电池通常包括正极片、负极片、隔膜以及电解液。其中，在充放电过程中，锂离子在正负极之间往返移动，充电时，锂离子从正极脱嵌，经电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时，则相反。

目前，但是传统的扣式电池检测方法，不管测试正极材料还是负极材料，锂片永远处于负极的位置，虽然由于锂片电势低，可以比较客观的反应测试材料的基本性能，但是在全电池加工设计时更多的要考虑正负极配对、极片厚度等问题。

专利CN106532124A公开了一种锂离子扣式电池及其制作方法，该发明的锂离子扣式电池的制备方法简单易行，适用于实验室评价。将金属锂片在手套箱中清洁，按照负极壳、支撑体、处理过的锂片、隔膜加电解液、测试电极、正极壳组装，将组装好的扣电电池放入封口机进行封口，静置，测试。提供了一种锂离子扣式电池及其制作方法，有效提高了扣式电池的测试准确性和一致性。

专利CN102983355A公开了名称为一种可大倍率充放电的锂离子电池及其制备方法，该专利提供了一种用于锂离子电池及其制备方法，只在提供一种大倍率充放电特性好，温度使用范围宽，低温充电性能优异，安全性能高的锂离子电池。将正极活性物质（镍钴锰酸锂、锰酸锂中的一种或两种），导电剂，粘结剂；负极活性物质（硬碳、软碳中的一种或两种），按比例混合成浆料，经涂布、干燥、辊压、制片，得到正负极极片，优选锂离子电池的正负极N/P=1.0~2.0,将正负极极片按正、负极交替的方式堆叠或卷绕成电芯，正负极以隔膜隔开，保证附料区负极包住正极，经极耳焊接、注液、化成等得到高倍率锂离子电池。本发明通过扣式电池检测，调整正负极比例检测锂电材料的比容量，简单快捷，为全电池加工设计提供数据支持，适合用于锂离子电池电极材料。

通常在进行全电池加工设计时，实际全电池克容量于设计的克容量存在差异，这是由于在进行材料容量检测时，采用锂片为负极，只考虑了活性物质半电池的克容量，但在全电池加工设计时，若负极过量偏大，会造成负极的浅充放，正极的深度充放，反之亦然。锂离子电池由于正极材料的电化学性能比较活泼，能量密度高，在电池生产设计时，若负极过量太多，会造成正极材料的氧化态升高，引起安全隐患，同时造成正极材料与集流体剥离，增大电池内阻，导致电池循环失效。

因此，采用除锂片外的负极材料作为扣电检测的负极，可以同时考察正负极比例、极片厚度以及极片加工工艺对材料的影响，为全电池的加工设计提供更多的数据参考。

发明内容

本发明内容的目的在于提供一种测试锂电材料质量比容量的方法，探究正负极质量比例、极片加工工艺以及正负极匹配问题对正极材料克容量发挥的影响，为提高电池的质量比容量提供合适的工艺参数，解决了因扣电克容量与全电池克容量偏差而可能引起的安全、循环失效等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

1测试锂电材料质量比容量的方法，包括以下步骤：

（1）制作正极极片：按照正极活性物质：导电剂：粘结剂=80~92:15~5:5~3质量比称取各成分，加入分散介质调节固含量至20%~60%，搅拌混合均匀，均匀涂覆在集流体上，涂覆厚度在150μm~500μm，然后放置于120℃真空中干燥除去分散介质，获得正极极片；

（2）制作负极极片：按照负极活性物质：导电剂：粘结剂=80~92:15~5:5~3质量比称取各成分，加入分散介质调节固含量至20%~60%，搅拌混合均匀，均匀涂覆在集流体上，涂覆厚度在150μm~500μm，然后放置于120℃真空中干燥除去分散介质，获得负极极片；

（3）冲模、称重：将得到的正负极极片辊压，然后分别将正负极极片裁剪成圆形极片，放置在120℃真空干燥箱中真空干燥30min，依次称重记录极片质量，按照正负极材料种类选择正负极片极片的质量进行对应配对，然后放置于手套箱中2h；

（4）扣电组装：在手套箱中按顺序进行装配，顺序从下到上依次为：电池负极壳、正极极片、电解液、隔膜片、负极极片、垫片、正极壳，全部部件居中，最后将其密封在磨具内，拿出手套箱准备测试；

（5）电化学性能测试：将制作完成的扣式电池夹持在电化学测试柜上，根据测试倍率（0.2C、1C、3C、5C）计算充放电电流，

电流=倍率×理论克容量×（M₂-M₁）×ω%

式中：理论克容量——根据正极材料的理论克容量决定；

M₂——极片的实称重量；

M₁——集流体的平均重量；

ω% ——活性物质实际质量分数。

作为优选，所述步骤（1）中的正极材料是磷酸铁锂、钛酸锂、锰酸锂或三元材料中一种或两种以上的混合物。

作为优选，所述步骤（2）中的负极材料是钛酸锂、石墨或硅碳负极材料中一种或两种以上的混合物。

作为优选，所述步骤（1）或（2）中的集流体为铝箔、铜箔中的一种。

作为优选，所述步骤（3）中选择的正极片和负极片所含对应活性物质的质量比例控制在正极：负极=1:1~1.3。

作为优选，所述步骤（3）中负极极片的面积要大于正极极片的面积，正极极片的直径为12mm，负极极片直径为15~18mm。

本发明提供了通过采用除锂片外的负极材料作为负极，考察了正负极质量比例、极片加工工艺以及正负极匹配问题对正极材料克容量发挥的影响，采用了简单的方法为全电池加工设计提供更多的数据支持。

附图说明

图1是本发明具体实施例一获得负极极片的SEM图。

图2是本发明具体实施例一获得正极极片的SEM图。

图3是本发明具体实施例一的电化学交流阻抗图。

图4是本发明具体实施例一的电化学交流阻抗图的等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明的测试对象是锂离子电池用钛酸锂极片。

具体实施例一

（1）正极极片的制作：以镍钴铝三元材料(NCA)为正极材料，按照镍钴铝三元材料(NCA)：乙炔黑：聚偏氟乙烯(PVDF)=92:5:3,分别称取15.0030g镍钴铝三元材料(NCA)、0.8154g乙炔黑、9.7846g 5%的聚偏氟乙烯(PVDF)于50mL烧杯中，加入适量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)调节固含量在55%，搅拌4h，均匀涂覆在铝箔上，涂布厚度为150um，120℃真空干燥，除去N-甲基吡咯烷酮(NMP)获得正极极片；

（2）负极极片的制作：以纳米钛酸锂为负极材料，按照纳米钛酸锂：乙炔黑：聚偏氟乙烯(PVDF)=92:5:3,分别称取15.0030g纳米钛酸锂、0.8154g乙炔黑、9.7846g 5%的聚偏氟乙烯于50mL烧杯中，加入适量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)调节固含量在40%，搅拌4h，均匀涂覆在铝箔上，涂布厚度为250um，120℃真空干燥，除去N-甲基吡咯烷酮(NMP)获得纳米钛酸锂负极极片；

（3）冲模、称重：利用卧式精密双辊轧膜机对正负极极片进行辊压，分别用过12mm、18mm铳子将正负极极片裁剪成直径大小在12mm、18mm的正负极片，放置在120℃真空干燥箱中真空干燥30min，称重，依次称重记录极片质量，分别匹配正负极材料，按照正负极容量比控制镍钴铝三元材料(NCA)：纳米钛酸锂=1:1.02，选择合适的极片一一对应，放置于手套箱中2h；

（4）扣电组装：在手套箱中按顺序进行装配，顺序从下到上依次为：电池负极壳、正极片、电解液、隔膜片、负极片、垫片、正极壳，全部部件居中，最后将其密封在磨具内，拿出手套箱准备测试。

（5）电化学性能测试：将制作完成的扣式电池夹持在电化学测试柜上，根据测试倍率（0.2C、1C、3C、5C）计算充放电电流，电压范围1.1~2.9V。

电流=倍率×理论克容量×（M₂-M₁）×ω%

式中：理论克容量——镍钴铝三元材料(NCA)按照17mAh/g计算；

M₂——极片的实称重量；

M₁——铝箔的平均质量为5mg；

ω% ——活性物质实际质量分数。

表一实施例1电化学测试结果

正负极中活性材料的质量比	0.2C/mAh/g	首效/%	1C/mAh/g	1C较0.2C保持率/%
					1.02	174.5	74.6	173.5	99.4

具体实施例二

（2）负极极片的制作：以纳米钛酸锂为负极材料，按照纳米钛酸锂：乙炔黑：聚偏氟乙烯(PVDF)=95:3:2,分别称取15.0030g纳米钛酸锂、0.4738g乙炔黑、6.3171g 5%的聚偏氟乙烯(PVDF)于50mL烧杯中，加入适量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)调节固含量在45%，搅拌4h，均匀涂覆在铝箔上，涂布厚度为200um，120℃真空干燥，除去N-甲基吡咯烷酮(NMP)获得纳米钛酸锂负极极片；

（3）冲模、称重：分别用过12mm、18mm铳子将正负极极片裁剪成直径大小在12mm、18mm的正负极片，放置在120℃真空干燥箱中真空干燥30min，称重，依次称重记录极片质量，分别匹配正负极材料，按照正负极容量比控制

镍钴铝三元材料(NCA)：纳米钛酸锂=1:1.02，选择合适的极片一一对应，放置于手套箱中2h；

（5）电化学性能测试：将制作完成的扣式电池夹持在电化学测试柜上，根据测试倍率（0.2C、1C、3C、5C）计算充放电电流。

电流=倍率×理论克容量×（M₂-M₁）×ω%

式中：理论克容量——镍钴铝三元材料(NCA)按照170mAh/g计算；

M₂——极片的实称重量；

M₁——铝箔的平均质量为5mg；

ω% ——活性物质实际质量分数。

Claims

1.一种测试锂电材料质量比容量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

电流=倍率×理论克容量×（M₂-M₁）×ω%

式中：理论克容量——根据正极材料的理论克容量决定；

M₂——极片的实称重量；

M₁——集流体的平均重量；

ω% ——活性物质实际质量分数。

2.根据权利要求1所述的测试锂电材料质量比容量的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的正极材料是磷酸铁锂、钛酸锂、锰酸锂或三元材料中一种或两种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的测试锂电材料质量比容量的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的负极材料是钛酸锂、石墨或硅碳负极材料中一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的测试锂电材料质量比容量的方法，其特征在于，所述步骤（1）或（2）中的集流体为铝箔、铜箔中的一种。

5.根据权利要求1所述的测试锂电材料质量比容量的方法，其特征在于，所述步骤（3）中选择的正极片和负极片所含对应活性物质的质量比例控制在正极：负极=1:1~1.3。

6.根据权利要求1所述的测试锂电材料质量比容量的方法，其特征在于，所述步骤（3）中负极极片的面积要大于正极极片的面积，正极极片的直径为12mm，负极极片直径为15~18mm。