CN111366853A - 负极材料循环性能的测试方法及其应用 - Google Patents
负极材料循环性能的测试方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111366853A CN111366853A CN201811589188.2A CN201811589188A CN111366853A CN 111366853 A CN111366853 A CN 111366853A CN 201811589188 A CN201811589188 A CN 201811589188A CN 111366853 A CN111366853 A CN 111366853A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- negative electrode
- electrode material
- cycle performance
- button cell
- lithium ion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 98
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 96
- 238000011056 performance test Methods 0.000 claims abstract description 25
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 claims description 43
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims description 25
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 31
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 229910016722 Ni0.5Co0.2Mn0.3 Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000022131 cell cycle Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- WPPDFTBPZNZZRP-UHFFFAOYSA-N aluminum copper Chemical compound [Al].[Cu] WPPDFTBPZNZZRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000002733 tin-carbon composite material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明提供了一种负极材料循环性能的测试方法，包括如下步骤：S1.提供一种正极材料和一种负极材料，采用所述正极材料和负极材料分别制备扣式电池C‑1和扣式电池C‑2，对电极均为金属锂；S2.对扣式电池C‑1和扣式电池C‑2进行充放电，通过扣式电池C‑1的放电曲线与扣式电池C‑2的充电曲线的差值曲线拟合计算得到相应的锂离子全电池的拟合放电曲线；S3.将扣式电池C‑2在充电截止电压Vc下充放电进行循环性能测试；其中，Vc在所述拟合计算中与相应的锂离子全电池放电截止电压U一一对应。还基于上述方法提供了筛选负极材料的测试方法和确定锂离子全电池放电截止电压的测试方法，上述方法方便快捷，节约测试资源。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池负极材料循环性能的测试方法及其应用，特别涉及一种采用扣式电池评价负极材料循环性能的测试方法，以及基于该方法筛选负极材料的测试方法和确定锂离子全电池放电截止电压的测试方法。
背景技术
近二十年来，锂离子电池产业高速发展。目前，商品化锂离子电池的负极材料主要是各类石墨材料，对石墨材料的开发使用已接近其理论比容量，提升空间十分有限。随着对锂离子电池单体能量密度要求的提高，高容量负极材料，如硅基、锡基、铝基等负极材料的开发及应用十分迫切。
负极材料的开发，无论是现有常规的负极材料还是高容量负极材料，都会涉及到相应负极材料的性能评价，尤其是循环性能的评价。但现有的扣式电池测试方法并不能准确反映高容量负极材料的循环性能，甚至与相应的锂离子全电池中的循环性能相去甚远。经分析发现：现有技术中的扣式电池循环性能测试方法对应的充电截止电压为1.5-3.0V，此时高容量负极材料几乎完全释放其容量；而在常规的锂离子全电池放电截止电压(如2.75V或3.0V)下，某些高容量负极材料相对金属锂的电位一般在0.5-0.9V，并未完全释放其容量。
由此可见，现有的扣式电池测试方法无法准确反映各类负极材料在全电池中的循环性能，不具备通用性。因此，多数锂离子电池企业在评价高容量负极材料循环性能时直接制备成锂离子全电池进行测试。虽然这种方法更准确，但相对于扣式电池，锂离子全电池的制备周期更长，耗费资源更多，测试成本更高，而且难以排除正极材料的影响因素而单独评测负极材料的循环性能。
发明内容
本发明提供了一种负极材料循环性能的测试方法，包括如下步骤：
S1.提供一种正极材料和一种负极材料，采用所述正极材料和负极材料分别制备扣式电池C-1和扣式电池C-2，对电极均为金属锂；
S2.对扣式电池C-1和扣式电池C-2进行充放电，通过扣式电池C-1的放电曲线与扣式电池C-2的充电曲线的差值曲线拟合计算得到相应的锂离子全电池的拟合放电曲线；
S3.将扣式电池C-2在充电截止电压Vc下充放电进行循环性能测试；其中，Vc在所述拟合计算中与相应的锂离子全电池放电截止电压U一一对应。
所述相应的锂离子全电池是指以步骤S1中所述正极材料和负极材料为正负极的锂离子全电池，所述拟合计算是指结合锂离子全电池设计时正极材料和负极材料的容量、首效和比例等因素，通过扣式电池C-1放电曲线与扣式电池C-2充电曲线的差曲线拟合计算得到相应的锂离子全电池的放电曲线。所述扣式电池C-1的放电截止电压即为正极相对金属锂的电位，所述扣式电池C-2的充电截止电压Vc即为负极相对金属锂的电位。根据所述拟合放电曲线和扣电C-2充电曲线，即可得到锂离子全电池放电截止电压为U时扣式电池C-2充电截止电压Vc，或者得到扣式电池C-2充电截止电压Vc对应的锂离子全电池放电截止电压U，即在所述拟合计算中Vc与U一一对应。
步骤S3中所述Vc还可通过三电极法获得。所述三电极法为常规测量方法：制备锂离子全电池时，在正极极片和负极极片之间额外引入金属锂片和相应的隔膜及导线，测得全电放电截止电压下金属锂片和负极材料的电压差即为负极相对金属锂的电位。所述三电极法也可以排除正极的影响。
在本发明的一种实施方式中，所述循环性能测试结果通过循环特性曲线表示，包括但不限于容量-循环次数、容量-时间、比容量-循环次数、比容量-时间、容量保持率-循环次数和容量保持率-时间曲线中至少一种。判断负极材料循环性能的标准包括但不限于：若所述负极材料扣式电池在步骤S3的循环性能测试中每50周的平均容量衰减率在3.3％以下，且10周后的平均库伦效率在99.8％以上，则判断所述负极材料在相应锂离子全电池中循环性能能够达到300周的容量保持率在80％以上的较为理想的状态。
在本发明的一种实施方式中，步骤S3中所述相应的锂离子全电池放电截止电压U为2.0-3.2V。
在本发明的一种实施方式中，所述负极材料选自碳负极材料、硅基负极材料、锡基负极材料和铝基负极材料中任意一种。
在本发明的一种实施方式中，所述负极材料选自硅基负极材料、锡基负极材料和铝基负极材料中任意一种，所述负极材料还包括石墨和/或钛酸锂。
在本发明的一种实施方式中，步骤S3中所述Vc为0.2-1.2V。在本发明的另一种实施方式中，所述Vc为0.5-0.9V。
在本发明的一种实施方式中，步骤S3中所述循环性能测试的充放电测试倍率为0.01-3C。在本发明的另一种实施方式中，步骤S3所述中循环性能测试的充放电测试倍率为0.05-1C。
在本发明的一种实施方式中，步骤S3中所述循环性能测试的扣式电池C-2的放电截止电压Vd为0.001-0.1V。在本发明的另一种实施方式中，所述Vd为0.005-0.05V。
在本发明的一种实施方式中，所述硅基负极材料选自硅、硅氧化物、硅合金以及基于前述几种材料的改进材料中的至少一种。
在本发明的一种实施方式中，所述锡基负极材料选自锡、锡氧化物、锡合金以及基于前述几种材料的改进材料中的至少一种。
在本发明的一种实施方式中，所述铝基负极材料选自铝、铝合金以及基于前述几种材料的改进材料中的至少一种。
本发明提供一种筛选负极材料的测试方法，包括如下步骤：
P1.提供一种正极材料和多种负极材料；
P2.针对步骤P1中所述的一种正极材料和每一种负极材料，分别采用上述任一所述的负极材料循环性能的测试方法进行测试，根据扣式电池C-2的循环性能测试结果对负极材料进行筛选，其中锂离子全电池放电截止电压U取值相同。
当步骤S3中所述相应的锂离子全电池放电截止电压U已确定，则采用不同负极材料制备的不同扣式电池C-2相对于该锂离子全电池放电截止电压U的Vc有所不同，通过比较不同扣式电池C-2在相应充电截止电压Vc下的循环性能，筛选在锂离子全电池放电截止电压为U的情况下循环性能优异的扣式电池C-2所对应的负极材料，使得相应的锂离子全电池循环性能优异。
本发明提供一种确定锂离子全电池放电截止电压的测试方法，包括如下步骤：
M1.提供锂离子全电池的多个不同放电截止电压U的值；
M2.针对步骤M1中所述的每一个U，采用上述任一所述的负极材料循环性能的测试方法进行测试，根据扣式电池C-2的循环性能测试结果确定全电池最佳放电截止电压U。
当步骤S3中所述锂离子全电池放电截止电压U待定，本发明所述方法可以用于确定合理的锂离子全电池放电截止电压，在常规的锂离子全电池放电截止电压范围内选择多个不同放电截止电压U，根据拟合放电曲线得到对应的多个Vc，测试扣式电池C-2在多个Vc下的循环性能，选择扣式电池C-2循环性能优异的Vc所对应的U确定为该锂离子全电池的放电截止电压。
或者，直接选择多个不同充电截止电压Vc，测试扣式电池C-2在多个Vc下的循环性能，选择扣式电池C-2循环性能优异的Vc并根据拟合放电曲线得到对应的U，将该U值确定为该锂离子全电池的放电截止电压。
本发明所述方法是一种通用的，相对准确的，用扣式电池评价锂离子全电池中负极材料循环性能的测试方法。基于该测试方法不仅能够筛选合适的长循环、高容量的负极材料，而且能够确定合理的锂离子全电池放电截止电压。最重要的是，上述方法方便快捷，仅通过制备电极材料的扣式电池进行测试即可达到与制备锂离子全电池进行测试基本一致的测试效果，可大幅减少评价电极材料或全电池循环性能时对测试资源的需求。
附图说明
图1为参照例1中锂离子全电池F-A、实施例1中扣式电池C-A和对比例1中扣式电池C-A的循环曲线对比图；
图2为参照例1中锂离子全电池F-B、实施例2中扣式电池C-B和对比例2中扣式电池C-B的循环曲线对比图；
图3为参照例1中锂离子全电池F-C、实施例3中扣式电池C-C和对比例3中扣式电池C-C的循环曲线对比图；
图4为实施例1中扣式电池C-P的放电曲线与扣式电池C-A的充电曲线经拟合计算得到相应锂离子全电池的拟合放电曲线的拟合图；
图5为实施例2中扣式电池C-P的放电曲线与扣式电池C-B的充电曲线经拟合计算得到相应锂离子全电池的拟合放电曲线的拟合图；
图6为实施例3中扣式电池C-P的放电曲线与扣式电池C-C的充电曲线经拟合计算得到相应锂离子全电池的拟合放电曲线的拟合图；
图7为参照例2中锂离子全电池F-D在不同放电截止电压U下的循环曲线对比图；
图8为实施例5中扣式电池C-P的放电曲线与扣式电池C-D的充电曲线经拟合计算得到相应锂离子全电池的拟合放电曲线的拟合图；
图9为实施例5所测得的扣式电池C-D在不同充电截止电压Vc下的循环曲线对比图。
具体实施方式
以下的具体实施例对本发明进行了详细的描述，然而本发明并不限制于以下实施例。
参照例1：
以三元材料Ni0.5Co0.2Mn0.3O2为正极，分别以负极材料A、B和C为负极，制备相应的三种锂离子全电池F-A、F-B和F-C。所述负极材料A为8wt％碳包覆氧化亚硅与92wt％石墨的混合材料，所述负极材料B为10wt％铝铜合金材料与90wt％石墨的混合材料，所述负极材料C为20wt％锡碳复合材料与80wt％石墨的混合材料。将锂离子全电池F-A、F-B和F-C分别在4.2-3.0V的电压范围内进行循环性能测试。所述锂离子全电池F-A、F-B和F-C的循环曲线分别如图1-3所示，可见锂离子全电池F-A的循环性能较好，锂离子全电池F-B和F-C的循环性能较差。
实施例1
本实施例提供一种负极材料循环性能的测试方法，包括如下步骤：
S1.采用三元正极材料Ni0.5Co0.2Mn0.3O2和负极材料A分别制备扣式电池C-P和C-A，对电极均为金属锂；
S2.对扣式电池C-P和C-A进行充放电测试，利用扣式电池C-P的放电曲线与扣式电池C-A的充电曲线的差值曲线拟合计算得到相应锂离子全电池的拟合放电曲线，如图4所示；
S3.将扣式电池C-A在充电截止电压Vc下进行循环性能测试；所述参照例1中相应的锂离子全电池放电截止电压U为3.0V，则Vc为步骤S2所述拟合放电曲线中相应锂离子全电池放电截止电压U状态下对应的扣式电池C-A的充电截止电压(即此时负极材料A相对金属锂的电位)为0.61V；将扣式电池C-A在0.005-0.61V的电压区间内以0.15C的充放电倍率进行循环性能测试(循环曲线如图1所示)。
分析如图1所示扣式电池C-A的循环曲线，扣式电池C-A循环100周后的容量保持率为100.6％，且测试数据还显示扣式电池C-A第11周至100周循环的平均库伦效率为99.93％，结合容量保持率和容量保持率的数据可见扣式电池C-A在0.005-0.61V的电压区间内有非常高的容量保持率，同时循环过程中的库伦效率也非常高，因此推断相应锂离子全电池在4.2-3.0V电压区间内能稳定循环，与参照例1的结果相符。
对比例1：
将实施例1中的扣式电池C-A在0.005-2.0V的电压区间内以0.15C的充放电倍率进行循环性能测试，相应的循环曲线如图1所示。所述扣式电池C-A循环100周后的容量保持率为75.9％，因此推断相应锂离子全电池循环性能较差，与参照例1的结果不符。
通过比较参照例1、实施例1和对比例1可知，采用实施例1所述负极材料循环性能的测试方法所得的数据对相应的锂离子全电池循环性能进行推断的结果与参照例1中该锂离子全电池的实际情况相符，而采用常规测量方法所得的数据所推断的结果与参照例1的实际情况不完全相符。因此，采用本发明所述测试方法能够准确测试负极材料的循环性能并推断相应锂离子全电池的循环性能。
实施例2
本实施例提供一种负极材料循环性能的测试方法，包括如下步骤：
S1.采用三元正极材料Ni0.5Co0.2Mn0.3O2和负极材料B分别制备扣式电池C-P和C-B，对电极均为金属锂；
S2.对扣式电池C-P和C-B进行充放电测试，利用扣式电池C-P的放电曲线与扣式电池C-B的充电曲线的差值曲线拟合计算得到相应锂离子全电池的拟合放电曲线，如图5所示；
S3.将扣式电池C-B在充电截止电压Vc下进行循环性能测试；所述参照例1中相应的锂离子全电池放电截止电压U为3.0V，则Vc为步骤S2所述拟合放电曲线中相应锂离子全电池放电截止电压U状态下对应的扣式电池C-B的充电截止电压为0.52V；将扣式电池C-B在0.005-0.52V的电压区间内以0.15C的充放电倍率进行循环性能测试(循环曲线如图2所示)。
分析如图2所示扣式电池C-B的循环曲线，扣式电池C-B循环100周后的容量保持率为94.6％，且测试数据显示扣式电池C-B第11周至100周循环的平均库伦效率为99.65％，结合容量保持率和容量保持率的数据可见扣式电池C-B在0.005-0.52V的电压区间内有较高的容量保持率，但循环过程中的库伦效率并不高，因此推断相应锂离子全电池在4.2-3.0V电压区间内循环性能不佳，与参照例1的结果相符。
对比例2：
将实施例2中的扣式电池C-B在0.005-2.0V的电压区间内以0.15C的充放电倍率进行循环性能测试，相应的循环曲线如图2所示。所述扣式电池C-B循环100周后的容量保持率为94.1％，有较高的容量保持率，因此推断相应锂离子全电池循环性能较好，与参照例1的结果不符。
通过比较参照例1、实施例2和对比例2可知，采用实施例2所述负极材料循环性能的测试方法所得的数据对相应的锂离子全电池循环性能进行推断的结果与参照例1中该锂离子全电池的实际情况相符，而采用常规测量方法所得的数据所推断的结果与参照例1的实际情况不完全相符。因此，采用本发明所述测试方法能够准确测试负极材料的循环性能并推断相应锂离子全电池的循环性能。
实施例3
本实施例提供一种负极材料循环性能的测试方法，包括如下步骤：
S1.采用三元正极材料Ni0.5Co0.2Mn0.3O2和负极材料C分别制备扣式电池C-P和C-C，对电极均为金属锂；
S2.对扣式电池C-P和C-C进行充放电测试，利用扣式电池C-P的放电曲线与扣式电池C-C的充电曲线的差值曲线拟合计算得到相应锂离子全电池的拟合放电曲线，如图6所示；
S3.将扣式电池C-C在充电截止电压Vc下进行循环性能测试；所述参照例1中相应的锂离子全电池放电截止电压U为3.0V，则Vc为步骤S2所述拟合放电曲线中相应锂离子全电池放电截止电压U状态下对应的扣式电池C-C的充电截止电压为0.64V；将扣式电池C-C在0.005-0.64V的电压区间内以0.15C的充放电倍率进行循环性能测试(循环曲线如图3所示)。
分析如图3所示扣式电池C-C的循环曲线，扣式电池C-C循环100周后的容量保持率为94.0％，且测试数据显示扣式电池C-C第11周至100周循环的平均库伦效率为99.67％，结合容量保持率和容量保持率的数据可见扣式电池C-C在0.005-0.64V的电压区间内有较高的容量保持率，但循环过程中的库伦效率并不高，因此推断相应锂离子全电池在4.2-3.0V电压区间内循环性能不佳，与参照例1的结果相符。
对比例3：
将实施例2中的扣式电池C-C在0.005-2.0V的电压区间内以0.15C的充放电倍率进行循环性能测试，相应的循环曲线如图3所示。所述扣式电池C-C循环100周后的容量保持率为93.6％，有较高的容量保持率，因此推断相应锂离子全电池循环性能较好，与参照例1的结果不符。
通过比较参照例1、实施例3和对比例3可知，采用实施例3所述负极材料循环性能的测试方法所得的数据对相应的锂离子全电池循环性能进行推断的结果与参照例1中该锂离子全电池的实际情况相符，而采用常规测量方法所得的数据所推断的结果与参照例1的实际情况不完全相符。因此，采用本发明所述测试方法能够准确测试负极材料的循环性能并推断相应锂离子全电池的循环性能。
实施例4
本实施例提供一种筛选负极材料的测试方法，包括如下步骤：
P1.提供三元正极材料Ni0.5Co0.2Mn0.3O2，以及负极材料A、B和C；
P2.分别采用如实施例1、2和3所述的负极材料循环性能的测试方法进行测试。
分析如图1-3所示的循环曲线：扣式电池C-A循环100周后的容量保持率为100.6％，扣式电池C-B循环100周后的容量保持率为94.6％，扣式电池C-C循环100周后的容量保持率为94.0％；且测试数据显示扣式电池C-A第11周至100周循环的平均库伦效率为99.93％，扣式电池C-B第11周至100周循环的平均库伦效率为99.65％，扣式电池C-C第11周至100周循环的平均库伦效率为99.67％。结合容量保持率和容量保持率的数据可见，扣式电池C-A的循环性能理想，扣式电池C-B和扣式电池C-C并不理想。因此，在锂离子全电池放电截止电压U为3.0V时的锂离子全电池中，优选负极材料A作为负极。可见，本发明所述方法可以较准确地判断负极材料在锂离子全电池中的循环性能，用于筛选负极材料。
参照例2：
以三元材料Ni0.5Co0.2Mn0.3O2为正极，以负极材料D为负极，制备相应的锂离子全电池F-D，所述负极材料D为6wt％碳包覆氧化亚硅和94wt％石墨的混合材料。将锂离子全电池F-D分别在4.2-3.02V、4.2-2.88V和4.2-2.71V的电压范围内进行循环性能测试。所述锂离子全电池F-D在不同放电截止电压下的循环曲线如图7所示。当放电截止电压为3.02V和2.88V时，相应锂离子全电池F-D循环100周后的容量保持率分别为96.2％和94.7％，有较好的循环性能；当放电截止电压为2.71V时，相应锂离子全电池F-D循环100周后的容量保持率分别为88.9％，循环性能较差。
实施例5：
本实施例提供一种确定锂离子全电池放电截止电压的测试方法，包括如下步骤：
M1.提供锂离子全电池F-D的三个不同放电截止电压U，分别为参照例2中的3.02V、2.88V和2.71V；
M2.针对步骤M1中所述每一个U，进行如下测试：
S1.采用三元正极材料Ni0.5Co0.2Mn0.3O2和负极材料D分别制备扣式电池C-P和C-D，对电极均为金属锂，其中，负极材料D制备三组扣式电池C-D；
S2.对扣式电池C-P和C-D进行充放电测试，利用扣式电池C-P的放电曲线与扣式电池C-D的充电曲线的差值曲线拟合计算得到相应锂离子全电池的拟合放电曲线，如图8所示；
S3.将三组扣式电池C-D在分别在不同的充电截止电压Vc下进行循环性能测试；步骤M1中所述锂离子全电池放电截止电压U分别为3.02V、2.88V和2.71V，则Vc为步骤S2所述拟合放电曲线中相应锂离子全电池放电截止电压U状态下对应的扣式电池C-D的充电截止电压分别为0.6V、0.7V和0.8V，将三组扣式电池C-D分别在0.005-0.6V、0.005-0.7V和0.005-0.8V的电压范围内以0.15C的充放电倍率进行循环性能测试(循环曲线如图9所示)。
分析如图9所示三组扣式电池C-D的循环曲线，在0.005-0.6V、0.005-0.7V的电压区间内，所述扣式电池C-D循环100周后的容量保持率分别为100.4％和98.0％，同时，测试数据显示扣式电池C-D第11周至100周循环的平均库伦效率分别为99.93％与99.92％，也非常高。而在0.005-0.8V的电压区间内，扣式电池C-D循环100周后的容量保持率为90.6％，相对较低，同时，其他测试数据显示扣式电池C-D第11周至100周循环的平均库伦效率为99.78％，也相对较低。结合容量保持率和容量保持率的数据结果表明，扣式电池C-D在0.005-0.6V、0.005-0.7V的电压区间内能稳定循环，而在0.005-0.8V的电压区间内不能稳定循环。因此可以推断，当放电截止电压为3.02V或2.88V时，相应锂离子全电池有较好的循环性能；当放电截止电压为2.71V时，相应锂离子全电池循环性能较差。该推断与参照例2的结果相符合。本发明方法可用于确定合理的锂离子全电池放电截止电压，避免过放对电池造成损害，从而提升电池的循环性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (15)
1.一种负极材料循环性能的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.提供一种正极材料和一种负极材料，采用所述正极材料和负极材料分别制备扣式电池C-1和扣式电池C-2，对电极均为金属锂；
S2.对扣式电池C-1和扣式电池C-2进行充放电，通过扣式电池C-1的放电曲线与扣式电池C-2的充电曲线的差值曲线拟合计算得到相应的锂离子全电池的拟合放电曲线；
S3.将扣式电池C-2在充电截止电压Vc下充放电进行循环性能测试；其中，Vc在所述拟合计算中与相应的锂离子全电池放电截止电压U一一对应。
2.根据权利要求1所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于，步骤S3中所述相应的锂离子全电池放电截止电压U为2.0-3.2V。
3.根据权利要求1所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：所述负极材料选自碳负极材料、硅基负极材料、锡基负极材料和铝基负极材料中任意一种。
4.根据权利要求1所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：所述负极材料选自硅基负极材料、锡基负极材料和铝基负极材料中任意一种，所述负极材料还包括石墨和/或钛酸锂。
5.根据权利要求1所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：步骤S3中所述Vc为0.2-1.2V。
6.根据权利要求5所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：所述Vc为0.5-0.9V。
7.根据权利要求1所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：步骤S3中所述循环性能测试的充放电倍率为0.01-3C。
8.根据权利要求7所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：步骤S3中所述循环性能测试的充放电倍率为0.05-1C。
9.根据权利要求1所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：步骤S3中所述循环性能测试的扣式电池C-2的放电截止电压Vd为0.001-0.1V。
10.根据权利要求9所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：所述Vd为0.005-0.05V。
11.根据权利要求3或4所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：所述硅基负极材料选自硅、硅氧化物、硅合金以及基于前述几种材料的改进材料中的至少一种。
12.根据权利要求3或4所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：所述锡基负极材料选自锡、锡氧化物、锡合金以及基于前述几种材料的改进材料中的至少一种。
13.根据权利要求3或4所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：所述铝基负极材料选自铝、铝合金以及基于前述几种材料的改进材料中的至少一种。
14.一种筛选负极材料的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
P1.提供一种正极材料和多种负极材料；
P2.针对步骤P1中所述的一种正极材料和每一种负极材料，分别采用如权利要求1-10任一所述的负极材料循环性能的测试方法进行测试，根据扣式电池C-2的循环性能测试结果对负极材料进行筛选，其中锂离子全电池放电截止电压U取值相同。
15.一种确定锂离子全电池放电截止电压的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
M1.提供锂离子全电池的多个不同放电截止电压U的值；
M2.针对步骤M1中所述的每一个U，采用如权利要求1-10任一所述的负极材料循环性能的测试方法进行测试，根据扣式电池C-2的循环性能测试结果确定全电池最佳放电截止电压U。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811589188.2A CN111366853B (zh) | 2018-12-25 | 2018-12-25 | 负极材料循环性能的测试方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811589188.2A CN111366853B (zh) | 2018-12-25 | 2018-12-25 | 负极材料循环性能的测试方法及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111366853A true CN111366853A (zh) | 2020-07-03 |
| CN111366853B CN111366853B (zh) | 2023-02-10 |
Family
ID=71207857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811589188.2A Active CN111366853B (zh) | 2018-12-25 | 2018-12-25 | 负极材料循环性能的测试方法及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111366853B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111948554A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-11-17 | 同济大学 | 一种降低锂离子电池力学退化的方法 |
| CN112526370A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-03-19 | 深圳市拓邦锂电池有限公司 | 一种三电极锂离子电池的电压测试方法 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6522158B1 (en) * | 1997-04-30 | 2003-02-18 | Keithley Instruments, Inc. | Non-contact mobile charge measurement with leakage band-bending and dipole correction |
| CN102121973A (zh) * | 2011-01-04 | 2011-07-13 | 武汉理工大学 | 电动汽车动力电池净能量测试方法 |
| CN102136567A (zh) * | 2011-02-14 | 2011-07-27 | 山东建筑大学 | 一种锂离子电池锡镍碳复合负极材料的制备方法 |
| CN102498609A (zh) * | 2009-09-18 | 2012-06-13 | 松下电器产业株式会社 | 锂二次电池中的正极活性物质的充放电方法、以及包含锂二次电池的充放电系统、电池包、电池模块、电子设备和车辆 |
| CN104103835A (zh) * | 2014-07-10 | 2014-10-15 | 华中科技大学 | 一种用于钠离子电池的负极材料及其制备方法 |
| CN104241642A (zh) * | 2013-06-17 | 2014-12-24 | 华南理工大学 | 锂离子电池的钼酸锂负极材料及其制备方法 |
| CN106680726A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-05-17 | 力神动力电池系统有限公司 | 一种锂离子电池循环性能的检验方法 |
| CN206990765U (zh) * | 2017-06-13 | 2018-02-09 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种锂离子电池充放电测试装置 |
| CN107768708A (zh) * | 2017-08-28 | 2018-03-06 | 天津力神电池股份有限公司 | 锂电池石墨负极材料循环性能的快速评价方法 |
| CN108490354A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-09-04 | 中国科学院物理研究所 | 一种电池极片测试方法及制备电池极片的模具 |
| CN108565403A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-09-21 | 广东工业大学 | 一种锂电池石墨烯硅负极材料及其制备方法和应用 |
-
2018
- 2018-12-25 CN CN201811589188.2A patent/CN111366853B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6522158B1 (en) * | 1997-04-30 | 2003-02-18 | Keithley Instruments, Inc. | Non-contact mobile charge measurement with leakage band-bending and dipole correction |
| CN102498609A (zh) * | 2009-09-18 | 2012-06-13 | 松下电器产业株式会社 | 锂二次电池中的正极活性物质的充放电方法、以及包含锂二次电池的充放电系统、电池包、电池模块、电子设备和车辆 |
| CN102121973A (zh) * | 2011-01-04 | 2011-07-13 | 武汉理工大学 | 电动汽车动力电池净能量测试方法 |
| CN102136567A (zh) * | 2011-02-14 | 2011-07-27 | 山东建筑大学 | 一种锂离子电池锡镍碳复合负极材料的制备方法 |
| CN104241642A (zh) * | 2013-06-17 | 2014-12-24 | 华南理工大学 | 锂离子电池的钼酸锂负极材料及其制备方法 |
| CN104103835A (zh) * | 2014-07-10 | 2014-10-15 | 华中科技大学 | 一种用于钠离子电池的负极材料及其制备方法 |
| CN106680726A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-05-17 | 力神动力电池系统有限公司 | 一种锂离子电池循环性能的检验方法 |
| CN206990765U (zh) * | 2017-06-13 | 2018-02-09 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种锂离子电池充放电测试装置 |
| CN107768708A (zh) * | 2017-08-28 | 2018-03-06 | 天津力神电池股份有限公司 | 锂电池石墨负极材料循环性能的快速评价方法 |
| CN108565403A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-09-21 | 广东工业大学 | 一种锂电池石墨烯硅负极材料及其制备方法和应用 |
| CN108490354A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-09-04 | 中国科学院物理研究所 | 一种电池极片测试方法及制备电池极片的模具 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王桃环 等: "以Li１－xNax为负极的锂空气电池", 《合肥工业大学学报》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111948554A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-11-17 | 同济大学 | 一种降低锂离子电池力学退化的方法 |
| CN111948554B (zh) * | 2020-08-10 | 2023-03-24 | 同济大学 | 一种降低锂离子电池力学退化的方法 |
| CN112526370A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-03-19 | 深圳市拓邦锂电池有限公司 | 一种三电极锂离子电池的电压测试方法 |
| CN112526370B (zh) * | 2020-11-10 | 2022-07-29 | 深圳市拓邦锂电池有限公司 | 一种三电极锂离子电池的电压测试方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111366853B (zh) | 2023-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9276293B2 (en) | Dynamic formation protocol for lithium-ion battery | |
| CN110988086B (zh) | 一种检测电池循环过程中电极材料结构稳定性的方法 | |
| CN108511815B (zh) | 一种锂离子电池一致性的评价方法及系统 | |
| WO2018209784A1 (zh) | 电池析锂的检测方法、电池管理系统及电池系统 | |
| CN104950264B (zh) | 测试锂离子电池自放电的方法 | |
| CN110726940B (zh) | 锂离子电池高镍正极材料循环性能的快速评价方法 | |
| CN111366853B (zh) | 负极材料循环性能的测试方法及其应用 | |
| CN111366863B (zh) | 一种基于低温循环的锂离子电池寿命加速预判方法 | |
| Gailani et al. | Analysis of lithium-ion battery cells degradation based on different manufacturers | |
| CN114865117B (zh) | 锂离子电池电极嵌锂量检测方法、装置及电池管理系统 | |
| CN113093010A (zh) | 一种锂离子电池一致性评估方法 | |
| CN115548482A (zh) | 一种补锂方法、电池制备方法及电池 | |
| CN105527581B (zh) | 混合型正极材料锂离子电池关键参数及容量衰减机理的辨识方法 | |
| CN113238152A (zh) | 锂电池自放电检测方法 | |
| CN110888078A (zh) | 一种精确监测锂离子电池循环寿命的充放电测试方法 | |
| CN116207357A (zh) | 三电极电芯结构、三电极电池及负极电位监测方法 | |
| CN111239622B (zh) | 一种原位测定锂离子电池正负极不可逆能量的方法 | |
| US20240035995A1 (en) | Method for Diagnosing Lithium Plating in Lithium Ion Batteries by Using Electrochemical Impedance Spectroscopy | |
| Liu | Charge and discharge characterization of lithium-ion electrode materials through coin cell testing | |
| CN111208160B (zh) | 一种评估三元材料循环性能的方法 | |
| Ren et al. | Degradation identification of individual components in the LiyNi1/3Co1/3Mn1/3O2-LiyMn2O4 blended cathode for large format lithium ion battery | |
| CN110658469B (zh) | 一种评估锂离子电池电极交换电流密度大小的方法 | |
| CN115986057A (zh) | 一种降低三电极电池检测极化效应的方法 | |
| JP2019506719A (ja) | リチウムイオン電池形成プロセス | |
| CN114720526B (zh) | 一种磷酸铁锂材料循环性能的快速评价方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Test method and application of cyclic performance of negative electrode materials Granted publication date: 20230210 Pledgee: South Taihu New Area sub branch of Huzhou Wuxing Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: MICROVAST POWER SYSTEMS Co.,Ltd. Registration number: Y2024980006716 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |