CN111781252A - 一种锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法，包括以下步骤：S1、以锂离子电池粘结剂为原料，制作粘结剂膜；S2、组装包含步骤S1所述粘结剂膜的锂离子电池；S3、对步骤S2所述锂离子电池进行电化学稳定性测试，得到电化学图谱；S4、对步骤S3得到的电化学图谱进行分析，判断锂离子电池粘结剂的电化学稳定性。本发明的检测方法可以测试不同温度下的粘结剂的电化学稳定性，方法简单，易于操作，可快速筛选出一款电化学稳定性好的正(负)极粘结剂。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法。
背景技术
锂离子电池因其平均输出电压高、比能量高、自放电小、无记忆效应等优点，在如今日常生活中广泛用作各类便携式电子设备的储能装置。近年来，随着消费者对更高能量密度锂离子电池的需求不断提升，随着先进材料和全电气化电动车应用发展对电池需求的提升，人们对高比容量的电极材料的研究也在逐年增加。然而，这些高比容量的电极材料的研究中，往往还面临一些挑战，例如高理论比容量的负极材料硅、锡等，由于材料充放电过程中伴随巨大的体积变化，容易破裂粉化，使电池容量衰减，循环稳定性不佳；高比容量的富锂锰基正极材料则存在首次充放电时，材料结构不可逆转变，充放电过程中电压持续衰减等问题，同样导致电池循环难以保持稳定，正负极在各种环境下的稳定性决定了电池的性能发挥，甚至严重影响电池的安全性，因此，电极的性能在一定程度上决定了锂离子电池的综合性能，粘结剂是保持电极结构稳定的关键因素之一。一种优良的粘结剂能在保持电极材料结构稳定、防止电极材料脱离集流体、维持极片表面导电网络等方面起到至关重要的作用。
事实上，粘结剂不仅需要有效地粘结电极活性物质、导电剂和集流体，而且由于长期处于非常特殊的环境下，优良的粘结剂还必须能够抵抗各种外在因素的影响。这些特殊环境因素，例如，粘结剂与电极材料一起长期浸泡在电解液中，需要粘结剂在电解液中保持形状、结构和性能的稳定；粘结剂长期处于高电位(正极粘结剂)或低电位(负极粘结剂)条件下，因此，正极粘结剂需要在高压条件下不被氧化，负极粘结剂需要在低压条件下不被还原；在电池充放电过程中，不与活性材料、Li及其他物质发生副反应的特性等，需要粘结剂具备化学稳定和电化学稳定性好的优点。因此，开发一种简单明了、准确快速的锂离子电池粘结剂电化学稳定性的测试方法对选择一款电化学稳定性好的正(负)极粘结剂至关重要。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法，通过该方法可以测试不同温度和电压下的粘结剂的电化学稳定性，测试仪器易于操作，方法简单，可快速筛选出一款电化学稳定性好的正(负)极粘结剂。
本发明提出的一种锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法，包括以下步骤：
S1、以锂离子电池粘结剂为原料，制作粘结剂膜；
S2、组装包含步骤S1所述粘结剂膜的锂离子电池；
S3、对步骤S2所述锂离子电池进行电化学稳定性测试，得到电化学图谱；
S4、对步骤S3得到的电化学图谱进行分析，判断锂离子电池粘结剂的电化学稳定性。
优选地，所述锂离子电池粘结剂的电化学稳定性的判断方法为：电化学图谱中，在工作电压区间内不出现氧化还原峰，且在电压为1.0V附近出现的氧化还原峰峰值低，表示锂离子电池粘结剂的电化学稳定性好；优选地，所述工作电压区间为2-5V。
优选地，所述锂离子电池粘结剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、羧甲基纤维素钠、聚烯烃类粘结剂、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯基含氟聚合物、高分子聚电解质、丁苯橡胶、改性丁苯橡胶、氟化橡胶、离子聚合物类粘结剂或者聚氨酯。
优选地，所述粘结剂膜的制作方法为：将锂离子电池粘结剂配制成固含量为10-20％的粘结剂溶液，将所述粘结剂溶液倒入聚四氟乙烯板凹槽中，干燥完全后，制成粘结剂膜。
优选地，所述粘结剂膜为圆形，直径为12-18mm。
优选地，所述步骤S2中，锂离子电池的组装顺序自下而上依次为：电池负极壳、泡沫镍、锂片、粘结剂膜、电池正极壳，组装过程中加入适量电解液；所述电池负极壳为带密封圈的电池负极壳。
优选地，所述锂离子电池为扣式电池。
优选地，所述电化学稳定性测试为LSV或者CV测试，测试条件为：扫速0.1-0.5mV/s，扫描范围0-5V，测试温度0-55℃。
优选地，所述电化学稳定性测试使用的仪器为电化学工作站。
本发明的有益效果如下：
本发明采用将粘结剂制成粘结剂膜，组装成电池后进行LSV或者CV测试，对得到的电化学图谱进行分析的方法来测试锂离子电池粘结剂的电化学稳定性，在电化学图谱中，电压为1.0V附近产生的氧化还原峰，是由于粘结剂作为一种有机物，其基团会与电解液中的锂离子反应，从而在电化学图谱的1.0V附近出峰，因此，在电压为1.0V附近产生的氧化还原峰峰值低，说明该粘结剂的电化学稳定性好；在工作电压区间出峰，代表粘结剂在电池充放电过程中会与电解液发生氧化还原反应，导致负极极片的粘结性降低，电池容量衰减严重，因此在工作电压区间内不出峰，说明该粘结剂的电化学稳定性好。本方法可以测试不同温度下粘结剂的电化学稳定性，方法简单，易于操作，可快速筛选出一款电化学稳定性好的正(负)极粘结剂。
附图说明
图1为锂离子电池的组装顺序示意图，图1中各标号分别表示：1:带塑料密封圈的电池负极壳；2:泡沫镍；3:锂片；4:粘结剂膜；5：电池正极壳。
图2为实施例1中LSV测试得到的电化学图谱。
图3为实施例2中LSV测试得到的电化学图谱。
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
一种锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法，包括以下步骤：
S1、选取市售改性丁苯橡胶(编号BC)作为锂离子电池粘结剂，先配制得到固含量为20％的改性丁苯橡胶乳液，低速搅拌至无气泡，称量20g改性丁苯橡胶乳液缓慢倒入聚四氟乙烯板凹槽内，凹槽的尺寸为12×6×1cm，放置在通风橱内通风至水分自然蒸发完全，使用冲孔机制作直径为16mm的粘结剂膜；
S2、组装2016型扣式电池，自下而上的顺序依次为带塑料密封圈的电池负极壳、泡沫镍、锂片、粘结剂膜、电池正极壳，组装过程中加入适量电解液；
S3、使用电化学工作站对扣式电池进行LSV测试，测试条件为：扫速0.5mV/s，扫描范围0-5V，测试温度25℃，得到电化学图谱，如图2所示；
S4、对电化学图谱进行分析，可以看到，在电压为1.0V附近出现氧化还原峰，氧化还原峰峰值低，而且在工作电压区间3-5V内，未出现氧化还原峰，表示该锂离子电池粘结剂在3-5V的工作电压区间内，电化学稳定性好。
实施例2
一种锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法，包括以下步骤：
S1、选取聚丙烯酸(编号BF)作为锂离子电池粘结剂，先配制得到固含量为20％的聚丙烯酸乳液，将聚丙烯酸乳液低速搅拌至无气泡，称量20g聚丙烯酸乳液缓慢倒入聚四氟乙烯板凹槽内，凹槽的尺寸为12×6×1cm，放置在通风橱内通风至水分自然蒸发完全，使用冲孔机制作直径为16mm的粘结剂膜；
S2、组装2016型扣式电池，自下而上的顺序依次为带塑料密封圈的电池负极壳、泡沫镍、锂片、粘结剂膜、电池正极壳，组装过程中加入适量电解液；
S3、使用电化学工作站对扣式电池进行LSV测试，测试条件为：扫速0.5mV/s，扫描范围0-5V，测试温度25℃，得到电化学图谱，如图3所示；
S4、对电化学图谱进行分析，可以看到，在电压为1.0V附近出现氧化还原峰，氧化还原峰峰值低，在工作电压区间3-5V内，未出现氧化还原峰，表示该锂离子电池粘结剂在3-5V的工作电压区间内，电化学稳定性好。
将实施例1和实施例2的电化学图谱进行比较，由于在同样的测试条件下，实施例2中在电压为1.0V附近出现的氧化还原峰峰值较实施例1中高，判断实施例2的粘结剂电化学稳定性低于实施例1的粘结剂。
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 (9)
1.一种锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、以锂离子电池粘结剂为原料，制作粘结剂膜；
S2、组装包含步骤S1所述粘结剂膜的锂离子电池；
S3、对步骤S2所述锂离子电池进行电化学稳定性测试，得到电化学图谱；
S4、对步骤S3得到的电化学图谱进行分析，判断锂离子电池粘结剂的电化学稳定性。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法，其特征在于，所述锂离子电池粘结剂的电化学稳定性的判断方法为：电化学图谱中，在工作电压区间内不出现氧化还原峰，且在电压为1.0V附近出现的氧化还原峰峰值低，表示锂离子电池粘结剂的电化学稳定性好；优选地，所述工作电压区间为2-5V。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法，其特征在于，所述锂离子电池粘结剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、羧甲基纤维素钠、聚烯烃类粘结剂、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯基含氟聚合物、高分子聚电解质、丁苯橡胶、改性丁苯橡胶、氟化橡胶、离子聚合物类粘结剂或者聚氨酯。
4.根据权利要求1-3任一项所述的锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法，其特征在于，所述粘结剂膜的制作方法为：将锂离子电池粘结剂配制成固含量为10-20％的粘结剂溶液，将所述粘结剂溶液倒入聚四氟乙烯板凹槽中，干燥完全后，制成粘结剂膜。
5.根据权利要求1-4任一项所述的锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法，其特征在于，所述粘结剂膜为圆形，直径为12-18mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，锂离子电池的组装顺序自下而上依次为：电池负极壳、泡沫镍、锂片、粘结剂膜、电池正极壳，组装过程中加入适量电解液。
7.根据权利要求1-6任一项所述的锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法，其特征在于，所述锂离子电池为扣式电池。
8.根据权利要求1-7任一项所述的锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法，其特征在于，所述电化学稳定性测试为LSV或者CV测试，测试条件为：扫速0.1-0.5mV/s，扫描范围0-5V，测试温度0-55℃。
9.根据权利要求1-8任一项所述的锂离子电池粘结剂电化学稳定性的检测方法，其特征在于，所述电化学稳定性测试使用的仪器为电化学工作站。
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