一种无损分析电池活性物质材料失效的方法技术

本发明专利技术公开了一种无损分析电池活性物质材料失效的方法，其首先利用三电极电池分别采集正极及负极的容量电压微分曲线特征峰，再通过正极及负极的特征峰在全电池中的叠加，来识别全电池中分别代表正极及负极的特征峰，建立该种电池的特征峰数据库。然后通过失效电池的容量电压微分曲线中的正极和负极特征峰的变化，通过分析判断，判定活性物质衰减情况。本发明专利技术公开的一种无损分析电池活性物质材料失效的方法，其可以在不破坏电池的情况下，快速分析判断电池的容量衰减的原因，获知是由正极活性物质失效还是负极活性物质失效引起的，有利于明确对电池的改善方向，方便下一步进行针对性的改善，具有重大的实践意义。

A Non-destructive Analysis Method for Failure of Active Material in Batteries

【技术实现步骤摘要】
一种无损分析电池活性物质材料失效的方法
本专利技术涉及电池和具有阴极和阳极的容器件
，特别是涉及一种无损分析电池活性物质材料失效的方法。
技术介绍
目前，锂离子电池作为新型绿色能源，近年来受到越来越多的关注，而随着锂离子电池应用范围的拓展，对电池的性能要求越来越苛刻，锂离子电池的容量保持率，是大家非常关注的锂离子电池特性。电池容量衰减一般是由电池内部的活性物质失效导致。电池内的活性物质包含正极活性物质及负极活性物质，电池容量损失一般主要是由于正极活性物质材料或者负极活性物质材料的失效导致。全电池容量损失后，需要确认活性物质的失效原因，即电池容量的衰减，到底是哪种活性物质失效(即正极活性物质还是负极活性物质)引起，以便有针对性的改善。目前，为了分析判断电池的容量衰减是由正极活性物质失效还是负极活性物质失效引起的，需要将电池进行解剖，分别取正极活性物质及负极活性物质材料进行测试验证，以确认具体哪种活性物质材料失效，因此，具体操作过程繁琐，需要耗费大量的时间和精力。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种无损分析电池活性物质材料失效的方法，其可以在不破坏电池的情况下，快速分析判断电池的容量衰减的原因，获知是由正极活性物质失效还是负极活性物质失效引起的，有利于明确对电池的改善方向，方便下一步进行针对性的改善，具有重大的实践意义。为此，本专利技术提供了一种无损分析电池活性物质材料失效的方法，包括以下步骤：第一步、对三电极电池进行放电或充电测试，按照预设采集时间间隔，定时采集在测试过程中三电极电池的电池电压V和电池容量Q，以及正极电位V+和负极电位V-；第二步、将三电极电池的正极电位V+、负极电位V-以及电池电压V，分别相对于电池容量Q做微分处理，对应获得正极的dV+/dQ数值、负极的dV-/dQ数值以及三电极电池的dV/dQ数值；第三步、在同一个图中，以正极的dV+/dQ数值、负极的dV-/dQ数值以及电池的dV/dQ数值作为纵坐标，以电池容量Q为横坐标，分别绘制获得正极、负极和三电极电池的容量电压微分曲线；第四步、通过正极和负极的容量电压微分曲线，在三电极电池的容量电压微分曲线上的叠加，识别确定三电极电池的容量电压微分曲线中分别代表正极和负极的特征峰；第五步、对于与三电极电池为同一体系的、需要判断电池容量衰减原因的二电极电池，采取与三电极电池同样的测试方式，按照预设采集时间间隔，定时采集在测试过程中二电极电池的电池电压V1和电池容量Q1；第六步、将二电极电池的电池电压V1，相对于电池容量Q1做微分处理，对应获得二电极电池的dV1/dQ1数值，然后以及二电极电池的dV1/dQ1数值作为纵坐标，以电池容量Q1为横坐标，绘制获得二电极电池的容量电压微分曲线；第七步、将三电极电池的容量电压微分曲线，与二电极电池的容量电压微分曲线进行叠加对比，根据三电极电池的容量电压微分曲线中分别代表正极和负极的特征峰的具体位置，对应确定二电极电池的容量电压微分曲线中别代表正极和负极的特征峰的具体位置；第八步、对于已部分失效电池，采取与三电极电池同样的测试方式，按照预设采集时间间隔，定时采集在测试过程中该电池的电池电压V2和电池容量Q2；第九步、将已部分失效电池的电池电压V2，相对于电池容量Q2做微分处理，对应获得已部分失效电池的dV2/dQ2数值，然后以及已部分失效电池的dV2/dQ2数值作为纵坐标，以电池容量Q2为横坐标，绘制获得已部分失效的容量电压微分曲线；第十步、将已部分失效电池的容量电压微分曲线，与二电极电池的容量电压微分曲线进行对比，以及根据预先设定的正极失效或者负极失效对应导致的电池特征峰变化特征，根据两个曲线中代表正极的特征峰和代表负极的特征峰的变化情况，对应判断获得已失效电池的容量衰减的原因。其中，在第一步中，对三电极电池进行放电或充电测试，将以预设倍率进行放电或者充电测试，直至达到预设荷电状态。其中，在第一步中，所述预设采集间隔时间，小于Q/I/50，其中，Q为电池容量，I为放电或放电电流。其中，在第一步中，预设采集时间间隔为3秒，充电或放电电流的大小为0.5C。其中，在第四步中，根据正极和负极的容量电压微分曲线，与三电极电池的容量电压微分曲线上特征峰的重合程度，来进行识别确定。其中，在第八步中，所述已部分失效的电池，为经过预设多次充放电循环操作后所获得的二电极电池。其中，在第十步中，具体的判断方式如下：将已部分失效电池的容量电压微分曲线，与二电极电池的容量电压微分曲线相比较，如果已部分失效电池的容量电压微分曲线中具有的代表正极的、相邻的两个特征峰，或者代表负极的、相邻的两个特征峰之间的距离，发生了相对缩短的变化，对应判断正极活性物质或者负极活性物质发生衰减。由以上本专利技术提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本专利技术提供了一种无损分析电池活性物质材料失效的方法，其可以在不破坏电池的情况下，快速分析判断电池的容量衰减的原因，获知是由正极活性物质失效还是负极活性物质失效引起的，有利于明确对电池的改善方向，方便下一步进行针对性的改善，具有重大的实践意义。附图说明图1为本专利技术提高的一种无损分析电池活性物质材料失效的方法的流程图；图2为本专利技术提供的一种无损分析电池活性物质材料失效的方法，所应用的一种三电极电池的结构示意简图；图3本专利技术提供的一种无损分析电池活性物质材料失效的方法，所应用的与三电极电池为同一体系的二电极电池的结构示意简图；图4为对于本专利技术提供的种无损分析电池活性物质材料失效的方法，三电极电池在放电过程中，三电极电池及其正极、负极的容量电压微分曲线示意图；图5为对于本专利技术提供的种无损分析电池活性物质材料失效的方法，二电极电池在放电过程中，二电极电池的容量电压微分曲线示意图；图6为基于本专利技术提供的种无损分析电池活性物质材料失效的方法，在对一个二电极电池进行500周充放电循环的过程中，电池容量保持率变化示意图。图7为本专利技术提供的种无损分析电池活性物质材料失效的方法，在对一个二电极电池进行500周充放电循环前后的过程中，二电极电池的容量电压微分曲线示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。参见图1至图7，本专利技术提供了一种无损分析电池活性物质材料失效的方法，包括以下步骤：第一步、对三电极电池进行放电或充电测试，按照预设采集时间间隔，定时采集在测试过程中三电极电池的电池电压V和电池容量Q，以及正极电位V+和负极电位V-；在本专利技术中，具体实现上，所述三电极电池包括正极、负极和参比电极。具体实现上，所述参比电极不局限于锂片，可以为铂电极，甘汞电极等。在第一步中，对三电极电池进行放电或充电测试，具体可以为：将以预设倍率进行放电或者充电测试，直至达到预设荷电状态；在放电或者充电过程中，采集电池的电压和容量数据。在第一步中，具体实现上，所述预设采集间隔时间，小于Q/I/50，其中，Q为电池容量，I为放电或放电电流。具体实现上，预设采集时间间隔为3秒，在第一步中，具体实现上，充电或放电电流的大小为0.5C(电池容量)。需要说明是，下面步骤中，涉及到的预设采集间隔时间，设置原理与第一步相同。第二步、将三电极电池的正极电位V+、负极电位V-以及电池电压V本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无损分析电池活性物质材料失效的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、对三电极电池进行放电或充电测试，按照预设采集时间间隔，定时采集在测试过程中三电极电池的电池电压V和电池容量Q，以及正极电位V+和负极电位V‑；第二步、将三电极电池的正极电位V+、负极电位V‑以及电池电压V，分别相对于电池容量Q做微分处理，对应获得正极的dV+/dQ数值、负极的dV‑/dQ数值以及三电极电池的dV/dQ数值；第三步、在同一个图中，以正极的dV+/dQ数值、负极的dV‑/dQ数值以及电池的dV/dQ数值作为纵坐标，以电池容量Q为横坐标，分别绘制获得正极、负极和三电极电池的容量电压微分曲线；第四步、通过正极和负极的容量电压微分曲线，在三电极电池的容量电压微分曲线上的叠加，识别确定三电极电池的容量电压微分曲线中分别代表正极和负极的特征峰；第五步、对于与三电极电池为同一体系的、需要判断电池容量衰减原因的二电极电池，采取与三电极电池同样的测试方式，按照预设采集时间间隔，定时采集在测试过程中二电极电池的电池电压V1和电池容量Q1；第六步、将二电极电池的电池电压V1，相对于电池容量Q1做微分处理，对应获得二电极电池的dV1/dQ1数值，然后以及二电极电池的dV1/dQ1数值作为纵坐标，以电池容量Q1为横坐标，绘制获得二电极电池的容量电压微分曲线；第七步、将三电极电池的容量电压微分曲线，与二电极电池的容量电压微分曲线进行叠加对比，根据三电极电池的容量电压微分曲线中分别代表正极和负极的特征峰的具体位置，对应确定二电极电池的容量电压微分曲线中别代表正极和负极的特征峰的具体位置；第八步、对于已部分失效电池，采取与三电极电池同样的测试方式，按照预设采集时间间隔，定时采集在测试过程中该电池的电池电压V2和电池容量Q2；第九步、将已部分失效电池的电池电压V2，相对于电池容量Q2做微分处理，对应获得已部分失效电池的dV2/dQ2数值，然后以及已部分失效电池的dV2/dQ2数值作为纵坐标，以电池容量Q2为横坐标，绘制获得已部分失效的容量电压微分曲线；第十步、将已部分失效电池的容量电压微分曲线，与二电极电池的容量电压微分曲线进行对比，根据两个曲线中代表正极的特征峰和代表负极的特征峰的变化情况，以及根据预先设定的正极失效或者负极失效对应导致的电池特征峰变化特征，对应判断获得已失效电池的容量衰减的原因。...

【技术特征摘要】
1.一种无损分析电池活性物质材料失效的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、对三电极电池进行放电或充电测试，按照预设采集时间间隔，定时采集在测试过程中三电极电池的电池电压V和电池容量Q，以及正极电位V+和负极电位V-；第二步、将三电极电池的正极电位V+、负极电位V-以及电池电压V，分别相对于电池容量Q做微分处理，对应获得正极的dV+/dQ数值、负极的dV-/dQ数值以及三电极电池的dV/dQ数值；第三步、在同一个图中，以正极的dV+/dQ数值、负极的dV-/dQ数值以及电池的dV/dQ数值作为纵坐标，以电池容量Q为横坐标，分别绘制获得正极、负极和三电极电池的容量电压微分曲线；第四步、通过正极和负极的容量电压微分曲线，在三电极电池的容量电压微分曲线上的叠加，识别确定三电极电池的容量电压微分曲线中分别代表正极和负极的特征峰；第五步、对于与三电极电池为同一体系的、需要判断电池容量衰减原因的二电极电池，采取与三电极电池同样的测试方式，按照预设采集时间间隔，定时采集在测试过程中二电极电池的电池电压V1和电池容量Q1；第六步、将二电极电池的电池电压V1，相对于电池容量Q1做微分处理，对应获得二电极电池的dV1/dQ1数值，然后以及二电极电池的dV1/dQ1数值作为纵坐标，以电池容量Q1为横坐标，绘制获得二电极电池的容量电压微分曲线；第七步、将三电极电池的容量电压微分曲线，与二电极电池的容量电压微分曲线进行叠加对比，根据三电极电池的容量电压微分曲线中分别代表正极和负极的特征峰的具体位置，对应确定二电极电池的容量电压微分曲线中别代表正极和负极的特征峰的具体位置；第八步、对于已部分失效电池，采取与三电极电池同样的测试方式，按照预设采集时间间隔，定时采集在测试过程中该电池的电池电压V2和...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭纪，郭立超，孔令丽，张志荣，
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