CN117030534A - 一种快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂电技术领域，具体而言，涉及一种快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法。该方法包括：定义高温产气性能指标为P，P＝X1+X2+X3+X4；其中，X1＝(R*d)/100，R为金属溶出率，d为正极材料在电解液中静置的天数；X2＝D/5，D为正极材料的一次粒径尺寸，D的单位为μm；X3＝B，B为正极材料的比表面积，B的单位为m2/g；X4＝1000/C，C为正极材料的包覆元素总量，C的单位为ppm；若P<3，则锂离子电池正极材料的产气性能符合标准；若P≥3，则锂离子电池正极材料的产气性能不符合标准。该方法具有开发周期短、开发成本低、判断正极材料高温产气性能准确性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及锂电技术领域，具体而言，涉及一种快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法。
背景技术
从2018年开始，单晶镍钴锰酸锂正极材料在高电压体系下的应用越来越成熟，充电截止电压逐渐提高，目前4.35V、4.40V已经实现量产，4.45V正在开发中，预计24年可实现大面积量产，高的充电截止电压、高的测试温度下，电池产气会出现成倍增加的趋势，目前主流表征手段是在高温温箱内进行充放电循环，定期采用排水法进行体积测量，整体测量准确度较高，同时耗时较长。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法，该方法具有开发周期短、开发成本低、判断正极材料高温产气性能准确性高等优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明的一个方面，涉及一种快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法，包括以下步骤：
(a)定义高温产气性能指标为P，P＝X1+X2+X3+X4；
其中，X1＝(R*d)/100，R为金属溶出率，d为正极材料在电解液中静置的天数；
X2＝D/5，D为正极材料的一次粒径尺寸，D的单位为μm；
X3＝B，B为正极材料的比表面积，B的单位为m2/g；
X4＝1000/C，C为正极材料的包覆元素总量，C的单位为ppm；
(b)若P<3，则所述锂离子电池正极材料的产气性能符合标准；若P≥3，则所述锂离子电池正极材料的产气性能不符合标准。
所述的方法，将与产气强相关性的因素进行相加；通过短期可获取的材料信息快速表征高温产气性能，缩短开发周期降低开发成本；通过引入相关性强的若干指标，指标分档并赋值相应系数，便于操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法，通过短期可获取的材料信息快速表征高温产气性能，缩短开发周期降低开发成本；通过引入相关性强的若干指标，指标分档并赋值相应系数，便于操作；同时预留不确定因素X，可根据后续开发中实际情况进行添加，不断提升判断准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的不同静置时间高温产气结果图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明的一个方面，涉及一种快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法，包括以下步骤：
(a)定义高温产气性能指标为P，P＝X1+X2+X3+X4；
其中，X1＝(R*d)/100，R为金属溶出率，d为正极材料在电解液中静置的天数；
X2＝D/5，D为正极材料的一次粒径尺寸，D的单位为μm；
X3＝B，B为正极材料的比表面积，B的单位为m2/g；
X4＝1000/C，C为正极材料的包覆元素总量，C的单位为ppm；
(b)若P<3，则所述锂离子电池正极材料的产气性能符合标准；若P≥3，则所述锂离子电池正极材料的产气性能不符合标准。
该方法，将与产气强相关性的因素进行相加；通过短期可获取的材料信息快速表征高温产气性能，缩短开发周期降低开发成本；通过引入相关性强的若干指标，指标分档并赋值相应系数，便于操作。
正极材料的包覆元素随着时间的推移，会溶解，与电解液发生副反应，造成产气，电解液副反应多的情况下，一次粒径的大小和比表面积会受到较大影响，金属溶出率和包覆量会影响材料的稳定性，随着金属溶出率和包覆量的改变会增加氧气的释放，也会有产气发生。
P值预测产气的可能性，不代表具体产气数值，P值越大，代表产气高的风险越大，在大批量生产前，应及时调整材料比例配方。
优选地，计算所述金属溶出率R的步骤包括：
检测所述正极材料的金属元素含量；将所述正极材料溶于电解液中后静置；检测静置后的所述正极材料的金属元素含量；计算所述金属溶出率R。
优选地，所述静置的环境温度为58～62℃。
在一些具体的实施方式中，所述静置的环境温度例如可以为，但不限于58℃、59℃、60℃、61℃或62℃。
优选地，所述正极材料和所述电解液的质量比为(1～10)：(5～30)。
在一些具体的实施方式中，所述正极材料和所述电解液的质量比例如可以为，但不限于1：30、3：25、5：20、7：15、9：10或10：5。
优选地，所述电解液的工作电压为4.3～5V。
优选地，所述R的取值为1％～20％。
在一些具体的实施方式中，所述R的取值例如可以为，但不限于1％、4％、7％、10％、13％、17％或20％。
优选地，所述d的取值为7～100天。
在一些具体的实施方式中，所述d的取值例如可以为，但不限于7天、20天、30天、40天、50天、60天、70天、80天、90天或100天。
优选地，所述D的取值为0.5～3μm。
在一些具体的实施方式中，所述D的取值例如可以为，但不限于0.5、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm或3μm。
一次粒径D过大会影响容量发挥，过小界面副反应多，影响长期性能。
优选地，所述B的取值为＜1m2/g。
在一些具体的实施方式中，所述B的取值例如可以为，但不限于0.1m2/g、0.3m2/g、0.5m2/g、0.7m2/g或0.9m2/g。
优选地，所述B的取值为0.6-0.8m2/g。
正极材料的比表面积B过小，正极材料的颗粒大，阻抗大，B过大，正极材料的颗粒小，与电解液副反应多，且影响加工性能。
优选地，所述C的取值为＜5000ppm。
在一些具体的实施方式中，所述C的取值例如可以为，但不限于2000、2300、2500、2800、3000、3300、3500、3800、4000、4300、4500或4800。
优选地，所述C的取值为2000～4000ppm。
正极材料的包覆元素总量C过大，会影响锂离子传导，增大阻抗，且与电解液有副反应，造成结构不稳定，产气多；C过小，未起到改善材料的作用，影响长期性能。
若R、D、B和C均满足上述所限定的范围，则可使用本发明提供的快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法；若R、D、B和C其中一个或多个不满足上述所限定的范围，则不可使用本发明提供的快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法。
正极材料的一次粒径的测试方法包括以下步骤：
选用5Kx的电镜，用Image软件标定，视野内的完整颗粒，均标定长轴和短轴，最后取平均值。
正极材料的比表面积的测试方法包括以下步骤：
采用BET法，使用比表面积测定仪测试。
正极材料的包覆元素总量的测试方法包括以下步骤：
酸消解样品后采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)进行测试。
计算金属溶出率的公式如下：
R/％＝溶出的包覆元素总量/初始包覆元素总量×100％。
下面将结合具体的实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
实施例1-3
本发明提供的实施例1-3，分别检测锂离子电池正极材料的一次粒径D、比表面积B、包覆元素总量C，测试正极材料在电解液中静置的不同阶段的金属溶出率R，根据公式：P＝X1+X2+X3+X4，分别计算P值，详细信息见表1和表2。
对比例1-2
本发明提供的对比例1-2，分别检测锂离子电池正极材料的一次粒径D、比表面积B、包覆元素总量C，测试正极材料在电解液中静置的不同阶段的金属溶出率R，根据公式：P＝X1+X2+X3+X4，分别计算P值，详细信息见表1和表2。
表1
表2
实验例
将实施例获取的正极材料，在同一环境及同一测试制度下，可预测静置不同时间后，高温下的产气情况，具体的检测方法包括：把得到的正极材料，做成3Ah的小软包电芯，在高温中静置一定时间后，采用排水法测量体积，增加的重量即产气的体积，结果如图1和表3所示。
表3
通过测试结果可知：随着静置的时间增加，产气量也不断增加，在同一时间内，P值越大，产气的风险越大，实施例的产气量相对于对比例较少，实施例相对于对比例的P值较小，说明实施例的正极材料的配方范围是合理的，在评测新材料时，可根据理化测试结果，评估一下长期产气性能，是否有下一步评测的价值，是否需要调整配方，改善样品，从而缩短开发周期降低开发成本。
综上所述，本发明提供的快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法，能够准确评价锂离子电池正极材料高温产气的性能。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。
Claims (10)
1.一种快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)定义高温产气性能指标为P，P＝X1+X2+X3+X4；
其中，X1＝(R*d)/100，R为金属溶出率，d为正极材料在电解液中静置的天数；
X2＝D/5，D为正极材料的一次粒径尺寸，D的单位为μm；
X3＝B，B为正极材料的比表面积，B的单位为m2/g；
X4＝1000/C，C为正极材料的包覆元素总量，C的单位为ppm；
(b)若P<3，则所述锂离子电池正极材料的产气性能符合标准；若P≥3，则所述锂离子电池正极材料的产气性能不符合标准。
2.根据权利要求1所述的快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法，其特征在于，计算所述金属溶出率R的步骤包括：
检测所述正极材料的金属元素含量；将所述正极材料溶于电解液中后静置；检测静置后的所述正极材料的金属元素含量；计算所述金属溶出率R。
3.根据权利要求2所述的快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法，其特征在于，所述静置的环境温度为58～62℃。
4.根据权利要求2所述的快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法，其特征在于，所述正极材料和所述电解液的质量比为(1～10)：(5～30)。
5.根据权利要求2所述的快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法，其特征在于，所述电解液的工作电压为4.3～5V。
6.根据权利要求1所述的快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法，其特征在于，所述R的取值为1％～20％。
7.根据权利要求1所述的快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法，其特征在于，所述d的取值为7～100天。
8.根据权利要求1所述的快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法，其特征在于，所述D的取值为0.5～3μm。
9.根据权利要求1所述的快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法，其特征在于，所述B的取值为＜1m2/g。
10.根据权利要求1所述的快速评价锂离子电池正极材料高温产气性能的方法，其特征在于，所述C的取值为＜5000ppm。
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