一种锂离子电池负极嵌锂状态的评价方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极嵌锂状态的评价方法。本发明专利技术方法首先对嵌锂状态石墨负极进行预保护，防止外部环境(水分、氧气等)造成的结构影响；对石墨负极进行非原位XRD测试并计算石墨层间距，根据层间距的大小判断石墨负极的嵌锂状态。通过上述方法对石墨负极嵌锂状态进行评价，使石墨负极嵌锂状态可量化，从微观结构角度更加准确的判断石墨负极的嵌锂状态。可以直观的了解不同石墨负极材料的原料、加工工艺、形貌、结构、粒度等对石墨负极嵌锂性能的影响，进而指导石墨负极材料的制备及改性。

A Method for Evaluating the Lithium Embedding State of the Negative Electrode of Lithium Ion Batteries

The present invention discloses an evaluation method of lithium insertion status of lithium ion battery negative electrode. The method of the invention firstly pre-protects the graphite negative electrode in the lithium-embedded state to prevent the structural influence caused by the external environment (water, oxygen, etc.); carries out in-situ XRD test on the graphite negative electrode and calculates the graphite layer spacing, and judges the lithium-embedded state of the graphite negative electrode according to the size of the layer spacing. The lithium insertion status of graphite negative electrode is evaluated by the above methods, which makes the lithium insertion status of graphite negative electrode quantifiable, and judges the lithium insertion status of graphite negative electrode more accurately from the point of view of microstructure. It can intuitively understand the influence of raw materials, processing technology, morphology, structure and particle size of different graphite anode materials on the lithium intercalation performance of graphite anode, and then guide the preparation and modification of graphite anode materials.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极嵌锂状态的评价方法
本专利技术属于锂离子电池
，更具体的说，是涉及一种锂离子电池负极嵌锂状态的评价方法。
技术介绍
石墨是目前商品锂离子电池的主要负极材料，石墨材料导电性好，结晶度高，具有良好的层状结构。石墨作为锂离子电池负极工作时，锂离子可以反复地嵌入、脱出。反应方程式为xLi+6CfLixC6。锂离子嵌入石墨层后，形成LixC6化合物，理论容量可达372mAh/g。锂离子在石墨层间扩散的动力学特征影响电池的倍率性能。石墨负极的动力学特征受多方面因素如石墨材料的原料、加工工艺、形貌、结构、粒度等的影响。石墨负极的动力学特征影响电池的倍率性能，具体表现为石墨负极的嵌锂状态的高低。根据以上所述，评价锂离子电池中石墨负极的嵌锂状态，可从石墨微观结构上考量电池的倍率性能，反映出石墨负极的动力学特征的优劣。所以，建立判断石墨负极嵌锂状态的评价方法意义重大。目前迫切需要开发出一种技术，可以避免外部环境中水分、氧气等的影响，对嵌锂状态石墨负极进行准确测试及判断。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中存在的不足，而提供一种锂离子电池负极嵌锂状态的评价方法。本专利技术一种锂离子电池负极嵌锂状态的评价方法，步骤如下：(1)电池拆解及负极的封装：在手套箱中，对电芯进行拆解，取出负极片，使用碳酸二甲酯(DMC)进行冲洗，并晾干，使用石蜡封口膜封装负极片，使用封口机封边，(保证石蜡封口膜密封性，以阻隔负极进行XRD测试时接触空气)进行XRD测试样品制备；(2)负极片XRD测试：首先，以内标法，单晶硅作内标对未充电的石墨进行XRD测量，XRD测试时扫描范围为：25度≤2θ≤29度，扫描速度为1度/分钟；X射线衍射仪记录石墨和硅的衍射线图形，由内标法求得经过校正后的石墨的衍射角，标定石墨的峰位置；然后，对未充电石墨极片进行XRD测试，XRD测试时扫描范围为：5度≤2θ≤90度，扫描速度为0.2度/秒，以石墨的标定峰位置为标准，标定Cu箔的特征峰位置；最后，对石蜡封口膜封口的负极片进行XRD测试，XRD测试时扫描范围为：5度≤2θ≤90度，扫描速度为0.2度/秒；(3)嵌锂石墨层间距的计算。对XRD数据进行处理，根据公式2dsinθ＝λ，其中，d为晶面间距，θ为入射X射线与相应晶面的夹角，λ为X射线的波长；(4)负极嵌锂状态的评价。通过比较嵌锂状态石墨的层间距，比较石墨嵌锂状态的深浅，相同倍率充电情况下，层间距越高，表明嵌锂越多。其中，第一步中，手套箱中氧气含量控制在0.1ppm-10ppm，水分含量控制在0.1ppm-10ppm。确认封口效果时，保证封口处石蜡膜呈透明状，无气泡残留。其中，第二步中，XRD测试时参数设定同常规石墨的XRD测试，X射线衍射仪测试的工作条件如下：铜靶KαX射线40kV管压，电流为40mA。其中，第三步中，对XRD数据进行处理时，首先，以内标法单晶硅作内标对未充电的石墨极片进行XRD测量，标定石墨的峰位置，以石墨的标定峰位置为标准，标定Cu箔的特征峰。需要说明的是，在进行嵌锂状态XRD数据处理时，都以Cu箔的特征峰为标准对XRD数据进行校准。本专利技术具有如下有益效果：本方法是通过嵌锂石墨微观结构的表征，考量石墨负极的动力学特征的优劣。首先对嵌锂状态石墨负极进行预保护，防止外部环境(水分、氧气等)造成的结构影响；对石墨负极进行非原位XRD测试并计算石墨层间距，根据层间距的大小判断石墨负极的嵌锂状态。通过上述方法对石墨负极嵌锂状态进行评价，使石墨负极嵌锂状态可量化，从微观结构角度更加准确的判断石墨负极的嵌锂状态，可以直观的了解不同石墨负极材料的原料、加工工艺、形貌、结构、粒度等对石墨负极嵌锂性能的影响，指导石墨负极材料的制备及改性。附图说明图1为实施例1中以单晶硅内标法测试的未充电的石墨XRD图谱；图2为实施例1中未充电石墨极片的XRD图谱；图3为实施例1中石墨封口膜封口的充电石墨极片的XRD图谱。具体实施方式以下给出的实施例将结合附图对本专利技术作进一步说明。实施例1一种锂离子电池负极嵌锂状态的评价方法，步骤如下：(1)电池拆解及负极的封装。取化成后电芯置入手套箱内，手套箱中氧气含量控制在1ppm以下，水分含量控制在1ppm以下，在手套箱中，对电芯进行拆解，取出负极片，使用碳酸二甲酯DMC进行冲洗，并晾干，使用石蜡封口膜封装负极片，使用封口机封边，(保证石蜡封口膜密封性，以阻隔负极进行XRD测试时接触空气)进行XRD测试样品制备。确认封口效果时，保证封口处石蜡膜呈透明状，无气泡残留。(2)负极片XRD测试。X射线衍射仪测试的工作条件如下：铜靶KαX射线40kV管压，电流为40mA。首先，以内标法，单晶硅作内标对未充电的石墨进行XRD测量，XRD测试时扫描范围为：25度≤2θ≤29度，扫描速度为1度/分钟。X射线衍射仪记录石墨和硅的衍射线图形(如图1)，石墨峰位置为26.52度，单晶硅峰位置为28.43度，由内标法求得经过校正后的石墨的衍射角，标定石墨的峰位置为26.49度。然后，对未充电石墨极片进行XRD测试(结果见图2)，XRD测试时扫描范围为：5度≤2θ≤90度，扫描速度为0.2度/秒。由XRD图谱确定石墨峰位置为26.55度，Cu特征峰位置为43.35度，以石墨的标定峰位置为标准，标定Cu箔的特征峰位置为43.29度。最后，对石蜡封口膜封口的负极片进行XRD测试(结果见图3)。XRD测试时扫描范围为：5度≤2θ≤90度，扫描速度为0.2度/秒。由XRD图谱确定石墨峰位置为26.05度，Cu特征峰位置为43.3度，以Cu箔特征峰位置43.29度为标准，标定嵌锂石墨的峰位置为26.04度。(3)嵌锂石墨层间距的计算。再根据Bragg公式计算石墨负极材料的层面间距d002。对XRD数据进行处理，根据公式2dsinθ＝λ，其中，d为晶面间距，θ为入射X射线与相应晶面的夹角，λ为X射线的波长由步骤二所得2θ＝26.04度，带入Bragg公式，计算得，嵌锂石墨的层面间距d002＝0.3419纳米。(4)未充电石墨层间距的计算。再根据Bragg公式计算石墨负极材料的层面间距d002。对XRD数据进行处理，根据公式2dsinθ＝λ，其中，d为晶面间距，θ为入射X射线与相应晶面的夹角，λ为X射线的波长由步骤二所得2θ＝26.49度，带入Bragg公式，计算得，嵌锂石墨的层面间距d002＝0.3362纳米。(5)负极嵌锂状态的评价。通过比较未充电石墨及嵌锂状态石墨的层间距，嵌锂石墨层间距大于未充电石墨层间距，层间距越高，表明嵌锂越多(石墨微观结构是层状结构，嵌锂反应发生时，锂会进入石墨层间，使的石墨的层间距扩大，嵌锂越多，层间锂越多，层间距越大)。实施例2一种锂离子电池负极嵌锂状态的评价方法，步骤如下：(1)电池拆解及负极的封装。取另外4支不同化成后电芯，置入手套箱内，手套箱中氧气含量控制在1ppm以下，水分含量控制在1ppm以下，在手套箱中，对电芯进行拆解，取出负极片，使用碳酸二甲酯DMC进行冲洗，并晾干，使用石蜡封口膜封装负极片，使用封口机封边，(保证石蜡封口膜密封性，以阻隔负极进行XRD测试时接触空气)进行XRD测试样品制备。确认封口效果时，保证封口处石蜡膜呈透明状，无气泡残留。(2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极嵌锂状态的评价方法，其特征在于，步骤如下：第一步，电池拆解及负极的封装：在手套箱中，对电芯进行拆解，取出负极片，使用碳酸二甲酯进行冲洗，并晾干，使用石蜡封口膜封装负极片，使用封口机封边，制备完成了进行X‑射线衍射光谱的测试样品；第二步，负极片XRD测试：首先，以内标法，单晶硅作内标对未充电的石墨进行XRD测量，XRD测试时扫描范围为：25度≤2θ≤29度，扫描速度为1度/分钟；X射线衍射仪记录石墨和硅的衍射线图形，由内标法求得经过校正后的石墨的衍射角，标定石墨的峰位置；然后，对未充电石墨极片进行XRD测试，XRD测试时扫描范围为：5度≤2θ≤90度，扫描速度为0.2度/秒，以石墨的标定峰位置为标准，标定Cu箔的特征峰位置；最后，对石蜡封口膜封口的负极片进行XRD测试，XRD测试时扫描范围为：5度≤2θ≤90度，扫描速度为0.2度/秒；XRD测试时参数设定同常规石墨的XRD测试，X射线衍射仪测试的工作条件如下：铜靶KαX射线，

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极嵌锂状态的评价方法，其特征在于，步骤如下：第一步，电池拆解及负极的封装：在手套箱中，对电芯进行拆解，取出负极片，使用碳酸二甲酯进行冲洗，并晾干，使用石蜡封口膜封装负极片，使用封口机封边，制备完成了进行X-射线衍射光谱的测试样品；第二步，负极片XRD测试：首先，以内标法，单晶硅作内标对未充电的石墨进行XRD测量，XRD测试时扫描范围为：25度≤2θ≤29度，扫描速度为1度/分钟；X射线衍射仪记录石墨和硅的衍射线图形，由内标法求得经过校正后的石墨的衍射角，标定石墨的峰位置；然后，对未充电石墨极片进行XRD测试，XRD测试时扫描范围为：5度≤2θ≤90度，扫描速度为0.2度/秒，以石墨的标定峰位置为标准，标定Cu箔的特征峰位置；最后，对石蜡封口膜封口的负极片进行XRD测试，XRD测试时扫描范围为：5度≤2θ≤90度，扫描速度为0.2度/秒；XRD测试时参数设定同常规石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟繁慧，郑涛，于利伟，周江，伍绍中，
申请(专利权)人：天津力神电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12