CN110161417B - 一种基于三电极体系的锂离子电池析锂量化分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于三电极体系的锂离子电池析锂量化分析方法，包括以下步骤：将三电极电池置于恒温箱内进行充放电试验，根据充放电过程中负极对参比电极的电势曲线上的电势平台变化，判断该三电极电池是否析锂，并进行析锂量化分析；本发明基于三电极体系，在三电极电池充放电过程中，若电池析锂，其负极对参比电极的电势曲线上会出现的析锂以及析锂回嵌的电势平台，根据不同电势平台下对应的容量，可以量化分析得到析锂以及析锂回嵌相变过程中所发挥的容量；该方法简单、易行，对待测电池也不会造成损坏，在锂离子电池析锂分析方面具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域,特别是一种基于三电极体系的锂离子电池析锂量化分析方法。
背景技术
锂离子电池由于其能量密度高、循环寿命长等优点，在电子产品以及电动汽车上得到了广泛的应用，而目前锂离子电池在使用过程中，还存在着一些问题：当锂离子电池进行低温充电、过充或者快充后，锂离子电池就会发生析锂现象，由于析出的锂金属在放电时只有一部分可逆锂可再次转化为锂离子，参与充放电循环，而另一部分锂金属则无法再次被氧化为锂离子，则转变为不可逆锂，造成电池容量的衰减；除此之外，随着不可逆锂的增加，析出的锂金属可能形成枝晶，枝晶的持续生长可能刺穿隔膜，诱发电池内短路，导致危险事故；因此，针对锂离子电池析锂进行量化分析具有很重要的研究意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三电极体系的锂离子电池析锂量化分析方法，该方法简单、易行，且对待测电池不会造成损坏。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于三电极体系的锂离子电池析锂量化分析方法，包括以下步骤：将三电极电池置于恒温箱内进行充放电试验，根据充放电过程中负极对参比电极的电势曲线上的电势平台变化，判断该三电极电池是否析锂，并进行析锂量化分析。
进一步，所述三电极电池的负极材料为石墨，且该三电极电池在小倍率充放电过程中，负极对参比电极的电势曲线会出现六个大于0V的脱嵌锂电势平台。
进一步，判断三极电池是否析锂及析锂量化分析的具体方法为：
充电过程中，负极对参比电极的电势曲线出现三个大于0V的正常嵌锂电势平台，若还在0V附近出现第四个电势平台，则该第四个电势平台为析锂电势平台，该析锂电势平台对应的容量即为电池析锂过程中发挥的容量；
放电过程中，负极对参比电极的电势曲线出现三个大于0V的正常脱锂电势平台，若还在0V附近出现第四个电势平台，则该第四个电势平台为析锂回嵌电势平台，该析锂回嵌电势平台对应的容量即为电池析锂过程中可逆锂部分所发挥的容量。
进一步，电池析锂过程中发挥的容量与可逆锂部分所发挥的容量的差值即为不可逆锂所占的容量。
进一步，所述恒温箱的温度范围为-20℃ ≤ T ≤ 40℃。
进一步，所述的充放电试验的充放电倍率范围为XC≤ 1C。
进一步，充放电试验的充电过程为恒流充电或恒压充电。
本发明的有益效果如下：本发明是基于三电极体系，检测在充放电过程中负极对参比电极的电势曲线上的电势平台变化，来进行该锂离子电池的析锂量化分析；当锂离子电池进行小倍率的充放电时，其负极对参比的曲线上会出现六个大于0V的电势平台（如图1所示，三个嵌锂电势平台1、2、3，三个脱锂电势平台4、5、6），该电势平台对应着负极石墨层状内部不同嵌锂态化合物之间的相变。
而当电池出现析锂时，除了上述六个正常脱嵌锂平台以外，在充电过程中，其负极对参比在0V附近还会出现一个析锂电势平台，即锂离子转化为锂金属的相变平台，该平台对应的容量即为析锂所产生的容量；在放电过程中，负极对参比同样也会在0V附近出现一个析锂回嵌的电势平台，即锂金属转化为锂离子的相变平台，则该平台对应的容量即为可逆锂发挥的容量；而析锂发挥的容量与可逆锂回嵌发挥的容量之差即为不可逆量的所占的容量。
基于上述分析原理，本发明方法可以简单的判断锂离子电池是否析锂，并量化分析得到不同析锂以及析锂回嵌相变过程中所发挥的容量，且检测过程对待测电池不会造成损坏，适用于N/P设计不合理、过充、循环过程负极容量衰减等多种情况的检测分析，在锂离子电池析锂分析方面具有良好的应用前景。
附图说明
图1是25℃，三电极电池0.05C正常充放电的三电极电势曲线；
图2是实施例1充放电实验得到的三电极电势曲线；
图3是实施例2充放电实验得到的三电极电势曲线；
图4是实施例3充放电实验得到的三电极电势曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
实施例1：
以25℃，N/P=0.8的三电极电池充放电过程中的析锂量化分析：
引入锂箔为参比电极，负极为石墨的三电极电池置于25℃的恒温箱内，连接在测试柜上，0.05C恒流充电至4.2V,无搁置，0.05C放电至3V。
分析充放电过程中负极对参比电极的电势的变化趋势。
由图2中的充放电曲线可以看出，该电池负极对参比电极电势的曲线上除了出现正常的六个脱嵌锂电势平台（对比图1，充电过程三个正常的嵌锂电势平台1、2、3，放电过程三个正常脱锂电势平台4、5、6）外，还在0V左右出现两个新的电势平台，即-0.012V的析锂电势平台以及0.011V的析锂回嵌电势平台，根据上述两个电势平台下对应的容量发挥即可以得到：析锂产生的容量为3.061 mAh，可逆锂回嵌产生的容量为2.921 mAh，不可逆的锂容量则为二者的差值0.14 mAh。
实施例2：
以40℃，0.05C过充至5V时三电极电池的析锂量化分析：
引入锂箔为参比电极，负极为石墨的三电极电池置于40℃的恒温箱内，连接在测试柜上，0.05C恒流充电至5V,无搁置，0.05C放电至3V。
分析充放电过程中负极对参比电极的电势的变化趋势。
由图3中的充放电曲线可以看出，该电池负极对参比电极电势的曲线上除了出现正常的六个脱嵌锂平台外，还在0V左右出现两个新的电势平台，即-0.01V的析锂电势平台以及0.008V的析锂回嵌电势平台，根据上述两个电势平台下对应的容量发挥可以得到：析锂产生的容量为25.12 mAh，可逆锂回嵌产生的容量为20.85 mAh，不可逆锂的容量则为二者的差值4.27 mAh。
实施例3：
以25℃，容量衰减至80%后的锂离子电池的析锂量化分析：
将容量衰减至80%后的锂离子电池，引入锂箔为参比电极，置于25℃的恒温箱内，连接在测试柜上，0.05C恒流充电至4.2V,无搁置，0.05C放电至3V。
分析充放电过程中负极对参比电极的电势的变化趋势。
由图4中的充放电曲线可以看出，该电池负极对参比电极的电势曲线上除了出现正常的六个脱嵌锂平台外，还在0V左右出现两个电势平台，即0.005V的析锂电势平台以及0.008V的析锂回嵌电势平台，根据上述两个电势平台下对应的容量发挥可以得到：析锂产生的容量为3.23mAh，可逆锂回嵌产生的容量为2.56 mAh，不可逆锂的容量则为二者的差值0.67 mAh。
由上述实施例可以清楚的表明，本方法可适用于N/P设计不合理、过充、循环过程负极容量衰减等情况下锂离子电池析锂的无损量化分析，具有良好的应用前景。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于三电极体系的锂离子电池析锂量化分析方法，其特征在于：包括以下步骤：将三电极电池置于恒温箱内进行充放电试验，所述的三电极电池的负极材料为石墨，且该三电极电池在小倍率充放电过程中，负极对参比电极的电势曲线会出现六个大于0V的脱嵌锂电势平台；
根据充放电过程中负极对参比电极的电势曲线上的电势平台变化，判断该三电极电池是否析锂，并进行析锂量化分析，具体方法为：
充电过程中，负极对参比电极的电势曲线出现三个大于0V的正常嵌锂电势平台，若还在0V附近出现第四个电势平台，则该第四个电势平台为析锂电势平台，该析锂电势平台对应的容量即为电池析锂过程中发挥的容量；
放电过程中，负极对参比电极的电势曲线出现三个大于0V的正常脱锂电势平台，若还在0V附近出现第四个电势平台，则该第四个电势平台为析锂回嵌电势平台，该析锂回嵌电势平台对应的容量即为电池析锂过程中可逆锂部分所发挥的容量。
2.根据权利要求1所述的一种基于三电极体系的锂离子电池析锂量化分析方法，其特征在于：电池析锂过程中发挥的容量与可逆锂部分所发挥的容量的差值即为不可逆锂所占的容量。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于三电极体系的锂离子电池析锂量化分析方法，其特征在于：所述恒温箱的温度范围为-20℃≤T≤40℃。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于三电极体系的锂离子电池析锂量化分析方法，其特征在于：所述的充放电试验的充放电倍率范围为XC≤1C。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于三电极体系的锂离子电池析锂量化分析方法，其特征在于：充放电试验的充电过程为恒流充电或恒压充电。
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