CN112084627B - 一种定性表征电解液浸润性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定性表征电解液浸润性的方法，包括以下步骤：S1、在待注液电芯的正极、负极之间设置参比电极，形成三电极体系；S2、将电解液注入所述待注液电芯中，封口后每隔一段时间测量正极对参比电极以及负极对参比电极的阻抗，得到正极、负极对参比电极的阻抗图；S3、根据阻抗图中离子阻抗值是否发生变化，判断电解液对正极材料、负极材料是否浸润完全。本发明的方法可以同时得到电解液对正极以及负极材料的浸润性，且相比于传统的检测方法，该方法操作简单，是一种无损检测方式。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池检测表征技术领域，尤其涉及一种定性表征电解液浸润性的方法。
背景技术
锂离子电池因其具有高能量密度，长循环寿命等优点而广泛应用于电子产品，电动汽车，军工，航天等领域。特别是近几年，随着国家补贴政策的改变以及对电动汽车续航里程要求的不断增加，如何提高能量密度成为了研究热点。使用高压实密度的正负极材料，更大限度提高电池的空间利用率是提高能量密度的一种方式。但是随着电极材料压实密度的提高，电极的孔隙率逐渐降低，同时颗粒与颗粒之间的孔道也会因为电极的挤压而发生变形，导致电解液在电极内的扩散困难，使得电解液的浸润性降低，界面阻抗变大，进而影响了锂离子电池的循环寿命。
目前表征电解液对电极材料浸润性主要有两种方法，一种是通过测试电解液在极片上的接触角来判断其浸润性，但是电解液在极片上的铺展速度快，需要配备高速摄像仪，增加了测试成本和难度，且电解液在极片上的完全浸润时间以及浸润速度难以监测。另一种是将电芯拆解，肉眼观察非水电解液的浸润程度，但是无法实现在线监测以及实验具有破坏性。因此，开发一种快速准确表征电解液浸润性的方法十分重要。本发明提出一种简单、有效评价电解液对电极材料浸润性的表征方法，具有很强的现实意义。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种定性表征电解液浸润性的方法，包括以下步骤：
S1、在待注液电芯的正极、负极之间设置参比电极，在所述参比电极的两侧分别设置隔膜，将参比电极与正极、负极隔开；
S2、将电解液注入所述待注液电芯中，封口后每隔一段时间测量正极对参比电极以及负极对参比电极的阻抗，得到正极、负极对参比电极的阻抗图，其中阻抗图的横坐标为实部阻抗，纵坐标为虚部阻抗；
S3、根据正极、负极对参比电极的阻抗图中的离子阻抗值是否发生变化，判断电解液对正极材料、负极材料是否浸润完全。
优选地，所述步骤S3中，采用传输线模型对正极、负极对参比电极的阻抗图进行拟合，得到正极、负极对参比电极的离子阻抗值，具体方法为：根据传输线模型，阻抗图中中低频区(102-1Hz)斜线外推至实轴处，其交点与高频区(>104Hz)和实轴交点距离的3倍，即为离子阻抗。
优选地，所述步骤S3中，若阻抗图中离子阻抗值不再发生变化，则电解液浸润完全；否则，电解液浸润不完全。
优选地，所述待注液电芯为软包叠片或卷绕结构。
优选地，所述参比电极为金属锂片。
优选地，所述步骤S2中，测量阻抗的时间间隔为15-60min。
优选地，所述步骤S2中，测量阻抗的频率监控范围是0.01-106Hz，扰动电压为5mV。
优选地，所述步骤S2中，采用电化学工作站对阻抗进行测量。
本发明分析电解液对正、负电极材料的浸润性的具体机制为：
锂离子电池等效电路可以用传输线模型进行拟合，传输线模型中的离子阻抗Rion表征电解液在多孔电极中的阻抗，随着电解液在多孔电极中的不断浸润，Rion减小，当电解液完全浸润时，Rion不变。因此，可以通过检测离子阻抗Rion来定性表征电解液的浸润性。而三电极体系是通入置入参比电极来实现正极对参比电极以及负极对参比电极阻抗的同时检测，是一种无损检测方法。因此可以通过三电极体系同时检测正极、负极对参比电极离子阻抗随时间的变化，实现同时评估电解液对正极以及负极材料的浸润性。
本发明的有益效果如下：
本发明的定性表征电极材料浸润性的方法，通过在电芯正极、负极之间置入形成三电极体系，可以同时得到正极对参比电极和负极对参比电极随时间变化的离子阻抗，进而定性表征电解液对正极、负极材料的浸润性。该方法可以在线评价电解液的浸润性，同时得到电解液对电芯正极、负极材料的浸润性性能。且相比于传统的检测方法，该方法操作简单，是一种无损检测方式。
附图说明
图1为本发明实施例1中的叠片软包电池中正极对参比电极不同浸润时间的阻抗图。
图2为本发明实施例1中的叠片软包电池中负极对参比电极不同浸润时间的阻抗图。
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
一种定性表征电解液浸润性的方法，包括以下步骤：
S1、在软包叠片结构的待注液电芯的正极、负极之间设置金属锂片作为参比电极，在参比电极的两侧分别设置隔膜，将参比电极与正极、负极隔开；
S2、将电解液注入待注液电芯中，封口后每隔一段时间采用电化学工作站测量正极对参比电极以及负极对参比电极的阻抗，得到阻抗图，其中阻抗的测量方法为：前30min内每隔15min测一次阻抗，30-60min内每隔30min测1次阻抗，1h之后每隔1h测量1次阻抗，直到阻抗达到稳定；阻抗的频率监控范围是0.01-106Hz，扰动电压为5mV；再对阻抗图进行拟合得到正极、负极对参比电极的离子阻抗值，其中阻抗图的横坐标为实部阻抗，纵坐标为虚部阻抗，拟合方法为：根据传输线模型，阻抗图中中低频区(102-1Hz)斜线外推至实轴处，其交点与高频区(>104Hz)和实轴交点距离的3倍，即为离子阻抗；
S3、分别根据正极、负极对参比电极的离子阻抗值的变化情况，判断电解液对正极材料、负极材料的浸润性，其中浸润性的判断方式为：若离子阻抗值不再发生变化，则电解液浸润完全；否则，电解液浸润不完全。
图1为电芯正极对参比电极在不同浸润时间的阻抗图。从图1中可以看出，当浸润时间为2h，图中的阻抗曲线与浸润时间为1h的曲线完全重合。
表1为电芯正极对参比电极在不同浸润时间拟合得到的离子阻抗值。从表1中可以看出，随着浸润时间的延长，正极对参比离子阻抗不断减小，当浸润时间为1h时，离子阻抗不再发生变化。
图2为电芯负极对参比电极在不同浸润时间的阻抗图。从图2中可以看出，当浸润时间为1h，图中的阻抗曲线与浸润时间为30min的曲线完全重合。
表2为电芯负极对参比电极在不同浸润时间拟合得到的离子阻抗值。从表1中可以看出，随着浸润时间的延长，负极对参比离子阻抗不断减小，当浸润时间为30min时，离子阻抗不再发生变化。
从图1、图2，表1、表2中可以判断得到，在浸润时间为1h时，电解液对正极材料已经完全浸润；当浸润时间为30min时，电解液对负极材料已经完全浸润。
表1实施例1中正极对参比电极不同浸润时间的离子阻抗值
| 浸润时间/min | 离子阻抗值/Ω |
| 0 | 0.90 |
| 15 | 0.82 |
| 30 | 0.78 |
| 60 | 0.77 |
| 120 | 0.77 |
表2实施例1中负极对参比电极不同浸润时间的离子阻抗值
| 浸润时间/min | 离子阻抗值/Ω |
| 0 | 0.39 |
| 15 | 0.34 |
| 30 | 0.28 |
| 60 | 0.28 |
| 120 | 0.28 |
综上可知，本发明的标准电解液浸润性的方法简单易行，离子阻抗是表征电解液在多孔电极材料中的阻抗，可以用来表征电解液在极片中是否完全浸润。
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 (6)
1.一种定性表征电解液浸润性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在待注液电芯的正极、负极之间设置参比电极，在所述参比电极的两侧分别设置隔膜，将参比电极与正极、负极隔开；
S2、将电解液注入所述待注液电芯中，封口后每隔一段时间测量正极对参比电极以及负极对参比电极的阻抗，得到正极、负极对参比电极的阻抗图，其中阻抗图的横坐标为实部阻抗，纵坐标为虚部阻抗；
S3、采用传输线模型对正极、负极对参比电极的阻抗图进行拟合，得到正极、负极对参比电极的离子阻抗值，具体方法为：根据传输线模型，阻抗图中中低频区斜线外推至实轴处，其交点与高频区和实轴交点距离的3倍，即为离子阻抗，其中中低频区为102至1Hz，高频区为>104Hz；
根据正极、负极对参比电极的阻抗图中离子阻抗值是否发生变化，判断电解液对正极材料、负极材料是否浸润完全；若离子阻抗值不再发生变化，则电解液浸润完全；否则，电解液浸润不完全。
2.根据权利要求1所述的定性表征电解液浸润性的方法，其特征在于，所述待注液电芯为软包叠片或卷绕结构。
3.根据权利要求1所述的定性表征电解液浸润性的方法，其特征在于，所述参比电极为金属锂片。
4.根据权利要求1所述的定性表征电解液浸润性的方法，其特征在于，所述步骤S2中，测量阻抗的时间间隔为15-60min。
5.根据权利要求1所述的定性表征电解液浸润性的方法，其特征在于，所述步骤S2中，测量阻抗的频率监控范围是0.01-106Hz，扰动电压为5mV。
6.根据权利要求1所述的定性表征电解液浸润性的方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用电化学工作站对阻抗进行测量。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20230529 Address after: No. 566, Huayuan Avenue, Baohe District, Hefei City, Anhui Province, 230000 Patentee after: Anhui Guoxuan New Energy Vehicle Technology Co.,Ltd. Address before: 230000 no.599 Daihe Road, Xinzhan District, Hefei City, Anhui Province Patentee before: Gotion High-tech Co., Ltd. |
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