CN109884100A - 一种判断锂离子电池材料性能的方法 - Google Patents

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万宁
陈�峰
汪伟伟
程蒙
杨茂萍
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Abstract

本发明公开了一种判断锂离子电池材料性能的方法，包括以下步骤：调节合成条件以制得锂离子电池材料；将S1制得的锂离子电池材料分别进行XRD精修测试和扣电性能测试，XRD精修测试得到X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)的相对强度，再将X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)相对强度的比值标记为I003/I004，接着将I003/I004与扣电性能测试所得数据对应建立关系曲线；将与S1制得的锂离子电池材料同类型的待测锂离子电池材料进行XRD精修测试得到X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)相对强度的比值，通过S1所得关系曲线可知该待测锂离子电池材料的电学性能。

Description

一种判断锂离子电池材料性能的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种判断锂离子电池材料性能的方法。
背景技术
进入21世纪以来，全球的气候环境不断恶化与石油资源日益紧缺使现代社会面临严峻的挑战。开发安全、清洁的绿色能源体系为人们所用，已成为当今世界能源利用的发展趋势。因此锂离子电池迅速进入人们现代生活的各个角落，为各种各样的产品提供可移动的能源供应。
锂离子电池的主要是由正极材料、负极材料、隔膜、电解液和壳体组成，正负极材料的性能好坏直接影响全电池的性能发挥。目前实用的锂离子正极材料主要有：镍钴锰酸锂三元材料、层状富锂锰基材料、层状镍锰酸锂、层状锰酸锂、镍酸锂、镍钴铝酸锂。就镍钴锰酸锂三元材料而言，Ni、Co、Mn三种元素互相配合，使得镍钴锰三元材料具有优异的综合性能。但是，随着镍钴锰三种元素的比例以及材料形貌的变化，镍钴锰三元材料的电性能差异很大。特别是材料的晶体结构，通常会影响其循环性能和倍率性能。一般来说，X射线衍射峰(003)与(004)相对强度比值较大的材料，其在高电压、高温下的循环性能较好，但大电流下的容量发挥较差，通常适用于对电池能量密度要求较高但对功率密度要求不高的领域，如3C电子消费品电池；X射线衍射峰(003)与(004)相对强度比值较小的材料，其在高电压、高温下的循环性能较差，但大电流下的容量发挥较好，通常适用于对电池功率密度要求较高但对能密度要求不高的领域，如混合动力汽车用电池。
中国专利CN105118985A中公开了一种晶粒尺寸可调的锂离子电池正极材料及其制备方法，此方法是采用适当金属阳离子掺杂的方式，结合一定的制备工艺，调控三元正极材料的晶粒尺寸，从而优化镍钴锰酸锂三元材料的电性能。这项报道侧重于元素掺杂调节材料的晶粒尺寸，而对X射线衍射峰(003)与(004)相对强度比值与电性能之间存在的曲线关系未做明确说明。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种判断锂离子电池材料性能的方法，可以方便快捷的推测出(I003/I004)不同的材料的电性能，达到为生产调试提供数据支持的目的。
本发明提出的一种判断锂离子电池材料性能的方法，包括以下步骤：
S1、调节合成条件以制得锂离子电池材料；
S2、将S1制得的锂离子电池材料分别进行XRD精修测试和扣电性能测试，XRD精修测试得到X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)的相对强度，再将X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)相对强度的比值标记为I003/I004，接着将I003/I004与扣电性能测试所得数据对应建立关系曲线；
S2、将与S1制得的锂离子电池材料同类型的待测锂离子电池材料进行XRD精修测试得到X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)相对强度的比值，通过S1所得关系曲线可知该待测锂离子电池材料的电学性能。
优选地，上述锂离子电池材料为锂离子电池正极材料。
优选地，上述锂离子电池材料为镍钴锰酸锂三元材料、层状富锂锰基材料、层状镍锰酸锂、层状锰酸锂、镍酸锂、镍钴铝酸锂中的一种。
上述镍钴锰酸锂三元材料的化学式为Li(NixCoyMn1-x-y)O2，其中x＜1，y＜1，x+y＜1；
上述富锂锰基材料的化学式为xLi2MnO3·(1-x)LiMnO2；
上述镍钴铝酸锂的化学式为LiNixCoyAl1-x-yO2，其中x＜1，y＜1，x+y＜1。
优选地，XRD精修测试的条件为：采用步进式扫描，设置步长≤0.02°，停留时间≥2s，扫描范围为10-90度。
优选地，S1中，合成条件为调节砂磨粒径、调节烧结温度、调节烧结时间、调整Li含量、掺杂改性中的至少一种。
本发明的有益效果如下：
1、本发明通过XRD精修计算出材料的(I003/I004)，得出(I003/I004)和电性能的关系曲线，依据(I003/I004)和扣电性能的关系曲线，可以方便地推测出锂离子电池正极材料的电化学性能，快速判断本材料电性能是否合格，从而达到迅速调整正极材料生产线工艺参数目的；
2、本发明基于(I003/I004)判断锂离子电池材料性能的方法简单方便，能够方便指导各种正极材料的产线调试工作；因此采用本发明提供的基于(I003/I004)判断电池材料性能的方法能够有效地提高生产线的调试效率。
附图说明
图1为实施例1中镍钴锰酸锂三元材料的(I003/I004)和电性能的关系曲线图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种判断锂离子电池材料性能的方法，包括以下步骤：
S1、调节砂磨粒径、烧结温度和烧结时间以制得不同的镍钴锰酸锂三元材料Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2；
S2、将S1制得的镍钴锰酸锂三元材料分别进行XRD精修测试和扣电性能测试，XRD精修测试得到X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)的相对强度，再将X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)相对强度的比值标记为I003/I004，接着将I003/I004与扣电性能测试所得数据对应建立关系曲线；
S3、将待测镍钴锰酸锂三元材料a、b、c分别进行XRD精修测试，所得X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)相对强度的比值分别为0.722、1.228、0.975，然后分别代入到S2所得关系曲线中，通过划线的方式得出待测镍钴锰酸锂三元材料的1C电性能分别为145mAh/g、162mAh/g和150mAh/g。
上述XRD精修测试的条件为：采用步进式扫描，设置步长为0.02°。
将上述待测镍钴锰酸锂三元材料a、b、c分别组装扣电进行测试，1C充电比容量结果分别是144.4mAh/g、161.8mAh/g和149.3mAh/g。
由两者结果对比可知：只有待测镍钴锰酸锂三元材料b的充放电性能符合工艺要求。试验证明，由本发明判断出的待测镍钴锰酸锂三元正极材料的电性能与实际测试的结果非常接近。
因此，实际试验中，在通过本发明判断出材料的电性能后，看其是否处于区域A内。若处于区域A内，则材料基本符合工艺要求，可以继续生产；若在区域A外，则需要调整工艺参数。
实施例2
一种判断锂离子电池材料性能的方法，包括以下步骤：
S1、调节砂磨粒径、烧结温度和烧结时间以制得不同的层状镍锰酸锂；
S2、将S1制得的层状镍锰酸锂分别进行XRD精修测试和扣电性能测试，XRD精修测试得到X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)的相对强度，再将X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)相对强度的比值标记为I003/I004，接着将I003/I004与扣电性能测试所得数据对应建立关系曲线；
S3、将待测层状镍锰酸锂d、e、f分别进行XRD精修测试，所得X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)相对强度的比值分别为1.089、1.564、1.215，然后分别代入到S2所得关系曲线中，通过划线的方式得出待测层状镍锰酸锂的0.5C电性能分别为131mAh/g、147mAh/g和128mAh/g；
上述XRD精修测试的条件为：采用步进式扫描，设置步长为0.02°。
实施例3
一种判断锂离子电池材料性能的方法，包括以下步骤：
S1、调节砂磨粒径、烧结温度和烧结时间以制得不同的层状锰酸锂；
S2、将S1制得的层状锰酸锂分别进行XRD精修测试和扣电性能测试，XRD精修测试得到X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)的相对强度，再将X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)相对强度的比值标记为I003/I004，接着将I003/I004与扣电性能测试所得数据对应建立关系曲线；
S3、将待测层状锰酸锂g、h、i分别进行XRD精修测试，所得X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)相对强度的比值分别为0.902、1.317、1.062，然后分别代入到S2所得关系曲线中，通过划线的方式得出待测层状锰酸锂的0.2C电性能分别为85.9mAh/g、101.7mAh/g和107.5mAh/g。
上述XRD精修测试的条件为：采用步进式扫描，设置步长为0.02°。
实施例4
一种判断锂离子电池材料性能的方法，包括以下步骤：
S1、调节砂磨粒径、烧结温度和烧结时间以制得不同的层状富锂锰基材料；
S2、将S1制得的层状富锂锰基材料分别进行XRD精修测试和扣电性能测试，XRD精修测试得到X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)的相对强度，再将X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)相对强度的比值标记为I003/I004，接着将I003/I004与扣电性能测试所得数据对应建立关系曲线；
S3、将待测层状富锂锰基材料j、k、l分别进行XRD精修测试，所得X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)相对强度的比值分别为1.194、1.531、1.287，然后分别代入到S2所得关系曲线中，通过划线的方式得出待测层状富锂锰基材料的1C电性能分别为155.7mAh/g、199.3mAh/g和217.2mAh/g。
上述XRD精修测试的条件为：采用步进式扫描，设置步长为0.02°。
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 (5)

1.一种判断锂离子电池材料性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、调节合成条件以制得锂离子电池材料；
S2、将S1制得的锂离子电池材料分别进行XRD精修测试和扣电性能测试，XRD精修测试得到X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)的相对强度，再将X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)相对强度的比值标记为I003/I004，接着将I003/I004与扣电性能测试所得数据对应建立关系曲线；
S2、将与S1制得的锂离子电池材料同类型的待测锂离子电池材料进行XRD精修测试，得到X射线衍射峰(003)和X射线衍射峰(004)相对强度的比值，通过S1所得关系曲线可知该待测锂离子电池材料的电学性能。
2.根据权利要求1所述判断锂离子电池材料性能的方法，其特征在于，上述锂离子电池材料为锂离子电池正极材料。
3.根据权利要求1或2所述判断锂离子电池材料性能的方法，其特征在于，上述锂离子电池材料为镍钴锰酸锂三元材料、层状富锂锰基材料、层状镍锰酸锂、层状锰酸锂、镍酸锂、镍钴铝酸锂中的一种。
4.根据权利要求1所述判断锂离子电池材料性能的方法，其特征在于，XRD精修测试的条件为：采用步进式扫描，设置步长≤0.02°，停留时间≥2s，扫描范围为10-90度。
5.根据权利要求1所述判断锂离子电池材料性能的方法，其特征在于，S1中，合成条件为调节砂磨粒径、调节烧结温度、调节烧结时间、调整Li含量、掺杂改性中的至少一种。
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