一种锂离子电池电解液与电极材料反应的测试方法技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池电解液与电极材料反应的测试方法，包括下列测试步骤：（1）取正极材料为钴酸锂的电芯；（2）以1C恒流恒压充电；（3）将充好电的电芯进行拆解；（4）将正极片上的活性材料从铝箔上刮下，称取1g装入ARC样品小球中，同时加入1ml此款电芯的电解液，密封ARC样品小球；（5）取出ARC小球将热电偶紧贴在ARC小球表面；（6）连接热电偶、数据传输管、压力管等接口；（7）在操作软件中设置程序。（8）在数据处理软件中处理本次试验所得数据。采用ARC测试电极材料与电解液，可以同时检测反应过程中的温度和压力变化，可以增加更多的样品量，充分反映样品的代表性。

Test method for reaction of lithium ion battery electrolyte and electrode material

The test method of the present invention relates to a lithium ion battery electrolyte and electrode reaction, including the following steps: (1) test batteries take cathode materials for lithium cobalt oxide; (2) to 1C constant current constant voltage charging; (3) the charge for electricity core dismantling; (4) the activity the material of the positive plate scraped from the foil, weigh 1g into ARC sample pellets, while adding electrolyte 1ml the batteries, sealed samples of ARC ball; (5) remove the ARC ball in ARC surface thermocouple will be close to the ball; (6) connected thermocouple, data transmission pipe, pressure pipe interface; (7) set the program in the operation of software. (8) to deal with the data obtained from this test in the data processing software. By using the ARC electrode material and electrolyte, the temperature and pressure changes in the reaction process can be detected simultaneously, which can increase the quantity of samples and fully reflect the representativeness of the sample.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子电池电解液与电极材料反应的测试方法。
技术介绍
锂离子电池的电解液大多为有机易燃物，电池滥用时温度升高且不能及时散热时可能会导致电池的热失控甚至爆炸等问题。锂离子电池在受热时，电池内部会发生较为复杂的化学反应，包括SEI膜的热分解、电解液的热分解及其与正负极材料的反应等。有研究表明电池在50%与100%充电状态下的热失控接近与含有电解液的正极材料的分解温度范围。据文献报道，研究人员采用差示扫描量热仪(DSC)对电极材料与电解液反应进行研究。但是，反应池的密封性能不是特别理想，如果试验过程中有空气进入，则不能反映真实的化学反应过程。并且电极材料与电解液需要在密闭条件下进行反应，需采用高压密封坩埚，同时，电解液中HF会与金属发生反应，因此，需要采用镀金坩埚。采用DSC进行研究，费用昂贵，并且还存在泄漏的风险。电解液一旦发生泄漏，势必会使得DSC金属支架发生腐蚀。采用DSC只能得到与温度相关的参数，却不能得到化学反应过程中的压力相关参数，同时，DSC测试的样品量很小，不具有足够的代表性，不能更好的研究电池的热安全性问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述问题，提供一种锂离子电池电解液与电极材料反应的测试方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种锂离子电池电解液与电极材料反应的测试方法，包括下列测试步骤：（1）取公司生产车间生产的正极材料为钴酸锂的电芯进行本项测试；（2）将实验电芯在性能柜上1C恒流恒压充电至4.2V，截止电流为20mA；（3）将充好电的电芯放入氩气手套箱内，在手套箱内进行拆解，要避免电池短路；（4）在手套箱内取出正负极片，将正极片上的活性材料小心的从铝箔上刮下，称取1g装入ARC样品小球中，同时加入1ml此款电芯的电解液，密封ARC样品小球；（5）将装有正极材料与电解液的ARC样品小球从手套箱中取出，在5min内拧紧装到ARC的加热炉体上，同时用高温胶固定ARC小球处热电偶，热电偶顶端紧贴在ARC小球表面；（6）将炉体上下腔密闭，连接热电偶、数据传输管、压力管等接口，确保压力管的连接处密封良好，在测试过程会发生泄压的现象，对于温度等其他参数均会造成有一定的影响；（7）在操作软件中设置程序，起始温度110℃，终止温度300℃，加热梯度5℃，等待时间15min，灵敏度0.02℃/min，冷却温度50℃，安全压力200bar，最大温降25℃，最大压降20bar，启动软件，ARC使用“加热—等待—搜寻”的模式进行测试；系统首先将样品加热到起始温度，随后进入等待状态，目的是样品和量热仪的温度一致并达到一个热平衡，等待结束后，进入搜寻模式，在该模式下加热器不供热，系统通过对比升温速率和预设的灵敏度来寻找是否放热，若速率大于0.02℃/min则放热，整个过程处于绝热状态，若没有检测到放热，系统将继续加热，进入另一个循环模式，直到达到最终温度或有放热反应发生为止，整个测试过程可以精确的测量和记录热力学反应过程中的数据。（8）当测试完成后，在数据处理软件（ARCCalPlus）中处理本次试验所得数据，即热电偶所测得的温度数据和压力传感器所测得的压力数据。本专利技术的有益效果：由于采用加速绝热量热仪（型号为esARC，生产厂家为英国THT公司）开发的方法能较好地弥补DSC费用昂贵，并且还存在泄漏的风险的不足之处。采用ARC测试电极材料与电解液，具有以下优点：（1）可以同时检测反应过程中的温度和压力变化；（2）与传统DSC相比，可以增加更多的样品量，充分反映样品的代表性。附图说明图1为正极材料钴酸锂与电解液反应的热力学参数。图2为温度及压力与时间的关系。图3为温升速率与温度的关系。具体实施方式实施例1一种锂离子电池电解液与电极材料反应的测试方法，包括下列测试步骤：（1）取公司生产车间生产的正极材料为钴酸锂的电芯进行本项测试；（2）将实验电芯在性能柜上1C恒流恒压充电至4.2V，截止电流为20mA；（3）将充好电的电芯放入氩气手套箱内，在手套箱内进行拆解，要避免电池短路；（4）在手套箱内取出正负极片，将正极片上的活性材料小心的从铝箔上刮下，称取1g装入ARC样品小球中，同时加入1ml此款电芯的电解液，密封ARC样品小球；（5）将装有正极材料与电解液的ARC样品小球从手套箱中取出，在5min内拧紧装到ARC的加热炉体上，同时用高温胶固定ARC小球处热电偶，热电偶顶端紧贴在ARC小球表面；（6）将炉体上下腔密闭，连接热电偶、数据传输管、压力管等接口，确保压力管的连接处密封良好，在测试过程会发生泄压的现象，对于温度等其他参数均会造成有一定的影响；（7）在操作软件中设置程序，起始温度110℃，终止温度300℃，加热梯度5℃，等待时间15min，灵敏度0.02℃/min，冷却温度50℃，安全压力200bar，最大温降25℃，最大压降20bar，启动软件，ARC使用“加热—等待—搜寻”的模式进行测试；系统首先将样品加热到起始温度，随后进入等待状态，目的是样品和量热仪的温度一致并达到一个热平衡，等待结束后，进入搜寻模式，在该模式下加热器不供热，系统通过对比升温速率和预设的灵敏度来寻找是否放热，若速率大于0.02℃/min则放热，整个过程处于绝热状态，若没有检测到放热，系统将继续加热，进入另一个循环模式，直到达到最终温度或有放热反应发生为止，整个测试过程可以精确的测量和记录热力学反应过程中的数据。（8）当测试完成后，在数据处理软件（ARCCalPlus）中处理本次试验所得数据。热电偶所测得的温度数据和压力传感器所测得的压力数据，详细数据请参加附图2。如图1所示，经过数据处理，可以得到与本次反应过程相关的一系列热力学数据。如图2至图3所示，测试系统可以实时记录压力、温度、压升速率、温升速率随时间的变化数据，并以曲线形式展示。图2所示为体系温度及压力随时间的变化曲线，ab段表示从室温快速升温至110℃，在此期间反应体系的体积不会发生明显变化，从b点开始，仪器进入“加热-等待-搜寻”模式，bc段表示反应体系没有发生放热反应，系统通过“加热-等待-搜寻”模式逐渐升温至c点，从c点开始，有放热反应发生（温升速率大于灵敏度0.02/min），系统进入放热模式，cd段均是放热反应过程，即正极材料钴酸锂受热分解，放出氧气，氧气进一步氧化电解液，同时促使正极材料钴酸锂与电解液之间发生更为剧烈的反应，而其他副反应也随之发生，从而使得反应体系温度和压力急剧上升，反应体系的体积迅速增大，de段表示放热反应结束后进入“加热-等待-搜寻”模式，反应体系体积逐渐不再变化，最后保持恒定，此时ef段稳定保持恒定。通过图3可以读出在放热温度下系统的温升速率，判断反应的剧烈程度。通过采用加速绝热量热仪开发的电极材料与电解液反应的测试方法，可以得到电池材料反应的的一系列热力学参数，例如：1、比较同种材料不同充电电压下的热稳定性锂离子电池的原理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池电解液与电极材料反应的测试方法，其特征在于包括下列测试步骤：（1）取公司生产车间生产的正极材料为钴酸锂的电芯进行本项测试；（2）将实验电芯在性能柜上用1C恒流恒压充电至4.2V，截止电流为20mA；（3）将充好电的电芯放入氩气手套箱内，在手套箱内进行拆解；（4）在手套箱内取出正负极片，将正极片上的活性材料小心的从铝箔上刮下，称取1g装入ARC样品小球中，同时加入1ml此款电芯的电解液，密封ARC样品小球；（5）将装有正极材料与电解液的ARC样品小球从手套箱中取出，在5min内拧紧装到ARC的加热炉体上，同时用高温胶固定ARC小球处热电偶，热电偶顶端紧贴在ARC小球表面；（6）将炉体上下腔密闭，连接热电偶、数据传输管、压力管等接口，确保压力管的连接处密封良好；（7）在操作软件中设置程序，起始温度110℃，终止温度300℃，加热梯度5℃，等待时间15min，灵敏度0.02℃/min，冷却温度50℃，安全压力200bar，最大温降25℃，最大压降20bar，启动软件，ARC使用“加热—等待—搜寻”的模式进行测试；（8）当测试完成后，在数据处理软件（ARCCal  Plus）中处理本次试验所得数据。...

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电解液与电极材料反应的测试方法，其特征在于包括下列测试步骤：
（1）取公司生产车间生产的正极材料为钴酸锂的电芯进行本项测试；
（2）将实验电芯在性能柜上用1C恒流恒压充电至4.2V，截止电流为20mA；
（3）将充好电的电芯放入氩气手套箱内，在手套箱内进行拆解；
（4）在手套箱内取出正负极片，将正极片上的活性材料小心的从铝箔上刮下，称取1g装入ARC样品小球中，同时加入1ml此款电芯的电解液，密封ARC样品小球；
（5）将装有正极材料与电解液的ARC样品小球从手套箱中取出，在5min内拧紧装到AR...

【专利技术属性】
技术研发人员：林俊颇，林俊仰，姚卿敏，庄宗标，
申请(专利权)人：中山天贸电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44