一种用于锂电池负极石墨的评价方法技术

本发明专利技术公开了一种用于锂电池负极石墨的评价方法，包括以下步骤：采用拉曼光谱成像技术对石墨进行成像分析，获得石墨的缺陷数据；采用高纯硅粉作为标样，对测试所得石墨002峰进行校准，通过校准后的002晶面间距d002间接计算得到石墨化度；将石墨组装成扣电或软包电池，采用电化学工作站施加电压/电流作为扰动信号以获得体系随扰动的变化情况，从而分析石墨组装体系的参数；将石墨组装成成品电池，在电性能测试柜中测试其常温循环性能、低温循环性能、过充性能、过放性能以及安全性能；当所得成品电池报废，或出现电池容量跳水现象后，进行拆解以分析失效原因。

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂电池负极石墨的评价方法
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种用于锂电池负极石墨的评价方法。
技术介绍
新能源汽车行业是我国的新兴行业之一，也是我国迈向汽车强国的必由之路。新能源汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车等。新能源汽车主要包含电池、充电桩、整车三大方面，其中电池方面常用的是锂离子电池。锂离子电池主要结构包含正极、负极、隔膜、电解液四大部分，而负极材料作为锂离子电池的主要组成部分，其性能的好坏直接影响到锂离子电池的性能。负极常用的有石墨、无定性炭、炭纤维、焦炭、MCMB、纳米炭管等碳系材料以及合金、金属及其氧化物等非碳系材料。其中，石墨由于具备电子电导率高、锂离子扩散系数大、层状结构在嵌锂前后体积变化小、嵌锂容量高和嵌锂电位低等优点，成为目前主流的商业化锂离子电池负极材料。负极材料及锂电池的表征方法有多种，比如负极材料的表面现象分析可以使用SEM和TEM用于成像；也可以使用分子振动光谱学如Raman也提供分子振动信息；锂电池的电性能标准更是多样，如安全测试(穿刺、烘烤、过充等)、常温循环、寿命测试等。在设计电芯时，必需选取合适的正、负极材料，而在筛选负极石墨时，石墨分为人造石墨、天然石墨或是二者不同比例的参杂，因此需要经过多项的测试分析对负极石墨的性能进行综合评价分析，以便决定其应用场合及判断其使用寿命。目前的各类测试方法鱼目混杂，不成体系，本专利中提出一系统、有序的方法对其进行综合评价，主要涵盖微观结构化测试及小电芯电池的电性能测试。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种用于锂电池负极石墨的评价方法，对石墨的评测更为系统、有序，从微观结构至宏观电性能表现均有据可依，方法准确可靠、评价方法简单易行、易于推广。本专利技术提出的一种用于锂电池负极石墨的评价方法，包括以下步骤：(1)采用拉曼光谱成像技术对石墨进行成像分析，获得石墨的缺陷数据；(2)采用高纯硅粉作为标样，对测试所得石墨002峰进行校准，通过校准后的002晶面间距d002间接计算得到石墨化度；(3)将石墨组装成扣电或软包电池，采用电化学工作站施加电压/电流作为扰动信号以获得体系随扰动的变化情况，从而分析石墨组装体系的参数；石墨组装体系的参数具体为：阻抗、CV循环、离子迁移数等；(4)将石墨组装成成品电池，在电性能测试柜中测试其常温循环性能、低温循环性能、过充性能、过放性能以及安全性能(如穿刺、烘烤、跌落等)；当所得成品电池报废，或出现电池容量跳水现象后，进行拆解以分析失效原因。优选地，步骤(1)的拉曼光谱成像技术中，测试点至少为400个，采用ID/IG的数值分布以评价石墨缺陷。石墨的拉曼光谱中，G峰属于sp2碳原子的伸缩振动，是石墨的特征峰，D峰与G峰的强度比值愈低，石墨中的结构缺陷愈少，石墨化程度愈高。优选地，步骤(2)中，采用所得石墨002峰和硅111峰的角度数据，参考布拉格方程即2dsinθ＝λ，按以下公式计算石墨002面层间距：d002＝λ/2sin[(28.442-θ1+θ2)/2]；其中，d002为石墨002面层间距，单位为λ为铜靶发射出的X射线中Kα1谱线的波长，数值为θ1为硅111峰的2θ角度；θ2为石墨002峰的2θ角度；28.442为硅在111晶面的内标角度；再按以下公式计算石墨化度：g＝(3.44-d002)/(3.44-3.354)×100％；其中，g为石墨化度；3.44为石墨无序叠合的层间距，单位为d002为上述所得石墨002面层间距，单位为3.354为石墨有序叠合的层间距，单位为石墨化度是衡量炭素物质从无定形炭通过结构重排，其晶体接近完善石墨的程度。在石墨作为锂离子电池负极材料时，石墨化度这一指标参数在电池生产中具有指导性意义。优选地，步骤(3)的首周循环中，锂离子应先从锂片嵌入石墨，因此石墨组装体系应先进行负扫，再进行正扫。优选地，步骤(4)中，电池容量降至80％即为寿命结束。优选地，步骤(4)中，还包括：石墨的首效、克容量。优选地，步骤(4)中，电池容量跳水现象为电池容量容量出现大幅下降。与现有技术相比，本专利技术提供的一种用于锂电池负极石墨的评价方法，通过对拉曼光谱成像的缺陷分析、XRD内标分析石墨化度、电化学工作站分析阻抗和循环可逆性，计算锂离子迁移数；利用电性能测试柜测试其倍率性能、高温性能等，计算其首效、克容量等，上述评价方法对石墨的评测更为系统、有序，从微观结构至宏观电性能表现均有据可依，方法准确可靠、评价方法简单易行、易于推广。附图说明图1为本专利技术实施例中样品3和样品18的ID/IG的数量分布示意图。图2为本专利技术实施例中石墨化度测试谱图。图3为本专利技术实施例步骤(3)中扣电或软包电池的阻抗EIS曲线图。图4为本专利技术实施例步骤(3)中扣电或软包电池的循环伏安CV曲线图。图5为本专利技术实施例步骤(4)中成品电池的容量衰减图。具体实施方式下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例一种用于锂电池负极石墨的评价方法，包括以下步骤：(1)将石墨压制成片，在拉曼光谱仪上借助XYZ三维自动调节平台对样品进行光谱成像采集，由于石墨结构中石墨的拉曼光谱有两个主要的拉曼峰，即位于1582cm-1处的G峰和位于1330cm-1处的D峰；如图1所示，编号样品3和编号样品18的ID/IG的数量分布示意图，由图中可以看出样品3的ID/IG比值分布分散，说明样品均一性差；而样品18的ID/IG比值分布相对集中，说明其均一性相对较好；比较样品3和样品18的的ID/IG比值发现，样品18的的ID/IG比值集中分布在0.1左右，而样品18的的ID/IG比值分布在0.2-0.8之间，大于样品18的ID/IG比值，说明样品3的缺陷多于样品18；(2)选取325目的高纯硅粉，将其与石墨样品按石墨(C)：硅粉(Si)以质量比为7：3混合；将混合样品粉末加入玻璃样品台尽量铺展均匀，并使用玻璃片将其按压平整；放入X射线衍射仪进行测量；如图2所示，对批号为CP7-H15-170303的杉杉石墨进行石墨化度检测，在XRD数据中读取石墨的002峰处和硅的111峰处的2θ角度数，参考布拉格方程(2dsinθ＝λ)，按以下公式计算石墨002面层间距：d002＝λ/2sin[(28.442-θ1+θ2)/2]；其中，d002为石墨002面层间距，单位为λ为铜靶发射出的X射线中Kα1谱线的波长，数值为θ1为硅111峰的2θ角度；θ2为石墨002峰的2θ角度；28.442为硅在111晶面的内标角度；再按以下公式计算石墨化度：g＝(3.44-d002)/(3.44-3.354)×100％；其中，g为石墨化度；3.44为石墨无序叠合的层间距，单位为d002为上述所得石墨002面层间距，单位为3.354为石墨有序叠合的层间距，单位为带入上述公式进行计算，得到石墨化度结果为93.02％；(3)按照负极石墨的合浆比例进行样品准备，其中石墨：导电炭黑SP：羧甲基纤维素：丁苯橡胶乳液＝95.5：1.5：1.5：1.5，先取羧甲基纤维素加入至水中进行打胶2-3h，再加入石墨和导电炭黑SP继续搅拌2h，接着加入丁苯橡胶乳液搅拌1h然后进行涂布、烘干、辊压等程序，最终组装成扣电或软包电池；将扣电或软包电池放入电磁屏蔽箱，并将工作电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂电池负极石墨的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用拉曼光谱成像技术对石墨进行成像分析，获得石墨的缺陷数据；(2)采用高纯硅粉作为标样，对测试所得石墨002峰进行校准，通过校准后的002晶面间距d002间接计算得到石墨化度；(3)将石墨组装成扣电或软包电池，采用电化学工作站施加电压/电流作为扰动信号以获得体系随扰动的变化情况，从而分析石墨组装体系的参数；(4)将石墨组装成成品电池，在电性能测试柜中测试其常温循环性能、低温循环性能、过充性能、过放性能以及安全性能；当所得成品电池报废，或出现电池容量跳水现象后，进行拆解以分析失效原因。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂电池负极石墨的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用拉曼光谱成像技术对石墨进行成像分析，获得石墨的缺陷数据；(2)采用高纯硅粉作为标样，对测试所得石墨002峰进行校准，通过校准后的002晶面间距d002间接计算得到石墨化度；(3)将石墨组装成扣电或软包电池，采用电化学工作站施加电压/电流作为扰动信号以获得体系随扰动的变化情况，从而分析石墨组装体系的参数；(4)将石墨组装成成品电池，在电性能测试柜中测试其常温循环性能、低温循环性能、过充性能、过放性能以及安全性能；当所得成品电池报废，或出现电池容量跳水现象后，进行拆解以分析失效原因。2.根据权利要求1所述用于锂电池负极石墨的评价方法，其特征在于，步骤(1)的拉曼光谱成像技术中，测试点至少为400个，采用ID/IG的数值分布以评价石墨缺陷。3.根据权利要求1所述用于锂电池负极石墨的评价方法，其特征在于，步骤(2)中，采用所得石墨002峰和硅111峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：麻姗姗，丁慢慢，赵光乾，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34