CN112986837A - 一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法 - Google Patents

一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112986837A
CN112986837A CN202110544271.3A CN202110544271A CN112986837A CN 112986837 A CN112986837 A CN 112986837A CN 202110544271 A CN202110544271 A CN 202110544271A CN 112986837 A CN112986837 A CN 112986837A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
metal impurities
metal
dissolution
calculating
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
Application number
CN202110544271.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112986837B (zh
Inventor
朱琳
李奎
姜守钟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunshan Ju Innovative Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Kunshan Ju Innovative Energy Technology Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kunshan Ju Innovative Energy Technology Co Ltd filed Critical Kunshan Ju Innovative Energy Technology Co Ltd
Priority to CN202110544271.3A priority Critical patent/CN112986837B/zh
Publication of CN112986837A publication Critical patent/CN112986837A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112986837B publication Critical patent/CN112986837B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC

Abstract

本发明提供了一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法。所述计算方法包括：（1）在电池制备过程中在电池的正极片表面嵌入金属颗粒，然后对电池进行老化，老化过程中记录电池发生短路的时间t；（2）将短路后的电池拆解，确定隔膜黑点，记录正极侧的黑点半径a和负极侧的黑点半径b；（3）根据黑点半径a和b计算得到金属杂质的析出量V′；（4）由析出量V′、电池发生短路的时间t、嵌入金属的半径R计算得到金属杂质的溶解析出速度m。本发明通过在电池中加入金属杂质，通过在不同电压下老化，计算得到金属杂质的溶解速度，进而可以推断出不同种类的金属杂质使用的老化电压以及老化时间，大大提高了自放电筛选准确率。

Description

一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法
技术领域
本发明属于锂离子电池的技术领域，涉及一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法。
背景技术
锂离子电池正极材料生产工序较多，制造过程中的每一个环节都会有金属异物引入的风险。当正极材料中存在铁（Fe）、铜（Cu）、锌（Zn）、镍（Ni）等金属杂质时，电池化成阶段的电压达到这些金属元素的氧化还原电位后，这些金属就会先在正极氧化再到负极还原，当负极处的金属单质累积到一定程度，就会刺穿隔膜，造成电池自放电。高温老化的作用之一是促进金属杂质的溶解析出，提高自放电筛选准确率。为了让金属杂质在高温老化过程中溶解析出，需要研究每个金属的析出电位及析出速度，以确定合理的高温老化电压及时间。
CN110567999A公开了一种锂电材料中金属异物的SEM-EDS联用测试方法，属于锂离子电池材料领域，解决了现有SEM检测方法存在的检测结果准确度较差的问题。本发明包括以下步骤：将高纯水和锂离子正极材料加入测试瓶，测试瓶中放入磁场强度为5000GS~6000GS的磁铁，混匀；倒掉浆料，取出磁铁，用高纯水冲洗磁铁上粘附的物料，超声波仪超声洗涤，取下磁铁，洗涤后干燥；将磁铁上的磁性异物粘附于导电胶带上；通过SEM甄别磁性异物颗粒的形貌、粒径大小，通过能谱分析确定异物颗粒的化学组成、种类，最后根据确定的含金属异物颗粒的种类、数量和粒径大小进行磁性异物含量统计。该文献中仅仅是研究了如何测定金属异物，并不能保证在化成阶段有效析出金属杂质，增加了后续生产过程风险性及自放电电池漏判率。
因此，如何得到不同金属杂质在电池中的溶解速度，以确定合理的高温老化电压及时间，提高自放电筛选准确率，是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法。本发明通过在电池中加入金属杂质，通过在不同电压下老化，计算得到金属杂质的溶解速度，进而可以推断出不同种类的金属杂质使用的老化电压以及老化时间，大大提高了自放电筛选准确率。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，所述计算方法包括：
（1）在电池制备过程中在电池的正极片表面嵌入金属颗粒，然后对电池进行老化，老化过程中记录电池发生短路的时间t；
（2）将短路后的电池拆解，确定隔膜黑点，记录正极侧的黑点半径a和负极侧的黑点半径b；
（3）根据黑点半径a和b计算得到金属杂质的析出量V′；
（4）由析出量V′、电池发生短路的时间t、嵌入金属的半径R计算得到金属杂质的溶解析出速度m。
本发明中电池制备过程包括，现在正极片表面嵌入金属颗粒，然后按照常规电池的叠片工艺制备电池，然后装配，注液，化成，老化。
本发明中，得到的金属杂质的溶解析出速度为金属杂质单位时间的溶解厚度，黑点半径均按照最大半径统计。
本发明中，通过提前嵌入金属颗粒作为金属杂质，模拟得到金属杂质的溶解过程，利用其析出量和短路时间，可以准确的得到在不同电压下所嵌入的金属颗粒的溶解析出速度，且还可以准确预测出每种金属杂质适用的析出电位及析出速度，这样可以合理的准确的预判电池的高温老化时间，缩短了电池的制作周期，并且提高了电池自放电筛选准确率。
优选地，步骤（1）所述金属颗粒的粒径为60~140μm，例如60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm或140μm等，最大粒径为100~140μm，例如100μm、110μm、120μm、130μm或140μm等。
优选地，步骤（1）所述金属颗粒包括铁粉、铜粉、锌粉、镍粉或不锈钢粉。
优选地，步骤（1）所述嵌入金属颗粒的方法包括：
用针将金属颗粒放于正极片表面，然后进行按压，使金属颗粒嵌入正极片中。
优选地，金属颗粒的嵌入量为15~20个，例如15个、16个、17个、18个、19个或20个等。
优选地，嵌入的金属颗粒间的距离＞5mm，例如6mm、7mm、8mm、9mm或10mm等。
本发明中，嵌入的金属颗粒间的距离不能过短，过短可能会导致两个金属颗粒溶解析出在隔膜上的黑点有重合区域，无法有效测量黑点尺寸。
优选地，老化过程中的电压为3.8~4.2V，例如3.8V、3.85V、3.9V、3.95V、4V、4.05V、4.1V、4.15V或4.2V等。
作为本发明所述方法的一个优选技术方案：
本发明中，隔膜黑点作为金属析出黑点，且沿隔膜断面呈圆锥台的方式呈现，即析出量即为圆锥台的体积。
步骤（3）所述金属杂质的析出量V′的计算公式为
Figure 917085DEST_PATH_IMAGE001
，其中，h为隔膜厚度。
作为本发明所述方法的另一个优选技术方案：
假设一种金属在同一个电压水平下，单位时间的溶解厚度不变：
步骤（4）所述金属杂质的溶解析出速度m的计算公式为
Figure 661050DEST_PATH_IMAGE002
。
优选地，所述电池为锂离子单电池
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在电池中加入金属杂质，通过在不同电压下老化，计算得到金属杂质的溶解速度，进而可以推断出不同种类的金属杂质使用的老化电压以及老化时间，大大提高了自放电筛选准确率。
附图说明
图1为具体实施方式中金属颗粒嵌入正极片的示意图。
图2为具体实施方式中金属颗粒溶解于隔膜后的隔膜断面中的溶解模型图。
图3为实施例1中铜金属颗粒在隔膜负极侧的黑点示意图。
图4为实施例1中铜金属颗粒在隔膜正极侧的黑点示意图。
图5为实施例5中不锈钢颗粒在隔膜负极侧的黑点示意图。
图6为实施例5中不锈钢颗粒在隔膜正极侧的黑点示意图。
1-第一玻璃板，2-金属颗粒，3-第二玻璃板，a-正极侧的黑点半径a，b-负极侧的黑点半径b。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
在一个具体实施方式中，如图1所示，将正极片平铺于第一玻璃板1表面，然后用针挑起金属颗粒2，以＞5mm的间隔放置15~20个，然后用第二玻璃板3覆盖正极片，用80kg的力连续按压第二玻璃3五次，然后制备得到单层软包小电池，对电池进行预充，抽气，化成；
预充：以0.1C的电流恒流充电到3.5V，然后在0.2C电流下恒流充电2h；化成：在0.2C的电流下恒流恒压分别充电到3.8V/3.9V/4.05V/4.2V，截止电流0.02C。然后在3.8V/3.9V/4.05V/4.2V电压进行老化。
（1）然后对电池进行老化，老化过程中记录电池发生短路的时间t；
（2）将短路后的电池拆解，确定隔膜黑点，记录正极侧的黑点半径a和负极侧的黑点半径b；
（3）如图2所示，根据黑点半径a和b计算得到金属杂质的析出量V′，计算公式为
Figure 38942DEST_PATH_IMAGE001
，其中，h为隔膜厚度；
（4）由析出量V′、电池发生短路的时间t、嵌入金属的半径R计算得到金属杂质的溶解析出速度m，计算公式为
Figure 46212DEST_PATH_IMAGE002
。
实施例1
本实施例中嵌入的金属为粒径为120±20μm的铜金属颗粒，基于具体实施方式中所提供的方法进行制备以及计算。
其中，铜金属颗粒的嵌入个数为15个，间隔距离为10mm，老化电压为3.8V。
图3和图4为同一放大倍数下的附图，从图3和图4可以看出，铜的析出黑点，正极侧与负极侧大小差异不大，说明铜的溶解析出速度快，几乎呈直线生长。
实施例2
本实施例与实施例1的区别为，老化电压为3.9V。
其余计算方法与参数与实施例1保持一致。
实施例3
本实施例与实施例1的区别为，老化电压为4.05V。
其余计算方法与参数与实施例1保持一致。
实施例4
本实施例与实施例1的区别为，老化电压为4.2V。
其余计算方法与参数与实施例1保持一致。
实施例5
本实施例中嵌入的金属为粒径为100±20μm的不锈钢颗粒，基于具体实施方式中所提供的方法进行制备以及计算。
其中，不锈钢颗粒的嵌入个数为18个，间隔距离为8mm，老化电压为3.8V。
图5和图6为同一放大倍数下的附图，从图5和图6可以看出，不锈钢的析出黑点，正极侧明显小于负极侧，析出速度比铜小，呈锥形生长。
实施例6
本实施例与实施例5的区别为，老化电压为3.9V。
其余计算方法与参数与实施例5保持一致。
实施例7
本实施例与实施例5的区别为，老化电压为4.05V。
其余计算方法与参数与实施例5保持一致。
实施例8
本实施例与实施例5的区别为，老化电压为4.2V。
其余计算方法与参数与实施例5保持一致。
实施例9
本实施例中嵌入的金属为粒径为80±20μm的不锈钢颗粒，基于具体实施方式中所提供的方法进行制备以及计算。
其中，不锈钢颗粒的嵌入个数为20个，间隔距离为6mm，老化电压为3.8V。
实施例10
本实施例与实施例9的区别为，老化电压为3.9V。
其余计算方法与参数与实施例9保持一致。
实施例11
本实施例与实施例9的区别为，老化电压为4.05V。
其余计算方法与参数与实施例9保持一致。
实施例12
本实施例与实施例9的区别为，老化电压为4.2V。
其余计算方法与参数与实施例9保持一致。
表1中记载了实施例1-12所提供的金属颗粒在不同电压下的析出黑点的原始数据以及溶解析出速度。
表1
Figure 509554DEST_PATH_IMAGE003
Figure 260473DEST_PATH_IMAGE004
Figure 696133DEST_PATH_IMAGE005
从实施例1-4的数据结果可知看出，铜金属颗粒在电池中的溶解析出速度在不同老化电压下的影响均较小。
从实施例5-8和实施例9-12的数据结果可以看出，老化电压对不锈钢颗粒的影响较大，可以看出，3.8V老化电压下的不锈钢颗粒几乎没有溶解析出，而随着电压升高，不锈钢颗粒的溶解析出速度有所提高，且可以看出，粒径对于金属颗粒的溶解速度几乎没有影响。
综上所述，铜金属颗粒的溶解析出速度要较高于不锈钢颗粒的溶解析出速度，且铜金属颗粒在电池中的溶解析出速度在不同老化电压下的影响均较小。而不锈钢颗粒则受老化电压的影响较大。因此可以得出，本发明所提供的计算方法，可以较为准确的得到不同种类的金属杂质在不同老化电压下的溶解析出速度，当电池中存在金属杂质时，可以合理的调整老化的时间和电压，以便于促进金属杂质的溶解析出，提高了电池的自放电筛选准确率。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：
（1）在电池制备过程中在电池的正极片表面嵌入金属颗粒，然后对电池进行老化，老化过程中记录电池发生短路的时间t；
（2）将短路后的电池拆解，确定隔膜黑点，记录正极侧的黑点半径a和负极侧的黑点半径b；
（3）根据黑点半径a和b计算得到金属杂质的析出量V′；
（4）由析出量V′、电池发生短路的时间t、嵌入金属的半径R计算得到金属杂质的溶解析出速度m。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，其特征在于，步骤（1）所述金属颗粒的粒径为60~140μm，最大粒径为100~140μm。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，其特征在于，步骤（1）所述金属颗粒包括铁粉、铜粉、锌粉、镍粉或不锈钢粉。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，其特征在于，步骤（1）所述嵌入金属颗粒的方法包括：
用针将金属颗粒放于正极片表面，然后进行按压，使金属颗粒嵌入正极片中。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，其特征在于，金属颗粒的嵌入量为15~20个。
6.根据权利要求4所述的锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，其特征在于，嵌入的金属颗粒间的距离＞5mm。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，其特征在于，老化过程中的电压为3.8~4.2V。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，其特征在于，步骤（3）所述金属杂质的析出量V′的计算公式为
Figure 681325DEST_PATH_IMAGE001
，其中，h为隔膜厚度。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，其特征在于，步骤（4）所述金属杂质的溶解析出速度m的计算公式为
Figure 483059DEST_PATH_IMAGE003
。
10.根据权利要求1所述的锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，其特征在于，所述电池为锂离子单电池。
CN202110544271.3A 2021-05-19 2021-05-19 一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法 Expired - Fee Related CN112986837B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110544271.3A CN112986837B (zh) 2021-05-19 2021-05-19 一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110544271.3A CN112986837B (zh) 2021-05-19 2021-05-19 一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112986837A true CN112986837A (zh) 2021-06-18
CN112986837B CN112986837B (zh) 2021-08-06

Family

ID=76336812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110544271.3A Expired - Fee Related CN112986837B (zh) 2021-05-19 2021-05-19 一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112986837B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113611935A (zh) * 2021-06-24 2021-11-05 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂电池自放电测试装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001345094A (ja) * 2000-06-01 2001-12-14 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 正極活物質合剤の検査方法
CN1619872A (zh) * 2003-11-18 2005-05-25 松下电器产业株式会社 燃料电池的寿命预测装置及燃料电池系统
CN101276943A (zh) * 2007-02-06 2008-10-01 松下电器产业株式会社 电池的安全性评价方法及评价装置以及电池
CN110918494A (zh) * 2019-11-22 2020-03-27 昆山聚创新能源科技有限公司 测试电池中金属杂质析出电压的方法及其应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001345094A (ja) * 2000-06-01 2001-12-14 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 正極活物質合剤の検査方法
CN1619872A (zh) * 2003-11-18 2005-05-25 松下电器产业株式会社 燃料电池的寿命预测装置及燃料电池系统
CN101276943A (zh) * 2007-02-06 2008-10-01 松下电器产业株式会社 电池的安全性评价方法及评价装置以及电池
CN110918494A (zh) * 2019-11-22 2020-03-27 昆山聚创新能源科技有限公司 测试电池中金属杂质析出电压的方法及其应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王吉坤主编: "《铅锌冶炼生产技术手册》", 31 January 2012 *
陈黎明: "ICP-AES法测定锂离子电池电解液中金属杂质元素", 《福建分析测试》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113611935A (zh) * 2021-06-24 2021-11-05 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂电池自放电测试装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN112986837B (zh) 2021-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111638461A (zh) 一种锂离子电池充电析锂实时检测方法及系统
CN106067560B (zh) 内短路锂离子动力电池的制备方法
US8486563B2 (en) Composite material for negative electrode, method for fabricating the same and electrochemical device using the same
CN112986837B (zh) 一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法
JP5140193B2 (ja) リチウムイオン電池用正極活物質材料及びリチウムイオン電池
CN101485031A (zh) 制造薄膜电化学能源的方法和装置
JP7011639B2 (ja) 抗銅バリ特性を有する電解銅箔
CN101144176B (zh) 电化学阴极析氢还原金属及合金氢氧化物凝胶的方法
Schiavi et al. Electrochemical synthesis of nanowire anodes from spent lithium ion batteries
CN102181914A (zh) 倒指数形状、高长-径比扫描隧道显微镜探针的制备工艺
CN110391092A (zh) 高熵合金纳米框架、高熵合金纳米框架-二氧化锰复合超级电容电极及其制备
CN110190325B (zh) 四电极锂硫电池、其制备方法及电极电化学特性监测方法
CN102728564A (zh) 一种钴酸锂单体电池的筛选方法
Sun et al. A comprehensive research on internal short circuits caused by copper particle contaminants on cathode in lithium-ion batteries
CN110411914A (zh) 锂离子电池用材料磁性物质检测方法
CN111600087A (zh) 锂离子电池检测用参比电极和三电极系统及制备方法
CN105529453B (zh) 一种3v可充扣式锂电池锂铝合金负极的制作方法
CN101339986A (zh) 锂二次电池用活性物质的制造装置和制造方法
CN209264388U (zh) 一种用于分离收集电解二氧化锰中的磁性物质的装置
CN213079702U (zh) 一种具有3d相机检测极片缺陷的模切机
CN113150723A (zh) 一种导电胶及具有该导电胶的复合集流体、电池和物体
CN107492695A (zh) 一种锂离子电池回收过程中正负极片的分离方法
JP2009164115A (ja) 電極材料の評価方法、電極の製造方法および電極の製造装置
CN106596669A (zh) 一种钢中硫化物系夹杂物无损检测装置及其方法
CN202794477U (zh) 动力锂离子电池快速性能检测装置

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
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210806