监控、分析锂离子电池正极极片反弹的方法及锂离子电池技术

本申请涉及监控、分析锂离子电池正极极片反弹的方法及锂离子电池。所述锂离子电池包括正极极片，其包括在正极箔材的两侧上布置的正极材料涂层；负极极片，其包括在负极箔材的两侧上布置的负极材料涂层；和隔膜，其中，所述隔膜位于正极极片和负极极片之间，其中，所述锂离子电池进一步包括间断布置的阻隔物，以形成有具有所述阻隔物的第一区域和无所述阻隔物的第二区域，其中，所述阻隔物沿正极极片长轴方向间隔地在垂直于所述长轴的方向上围绕包覆所述正极极片，或者间断地设置在正极极片与隔膜之间或间断地设置在负极极片与隔膜之间。本申请还涉及根据锂离子电池正极极片反弹的方法及锂离子电池对正极材料进行优化。

【技术实现步骤摘要】
监控、分析锂离子电池正极极片反弹的方法及锂离子电池
本申请涉及锂离子电池材料测试的表征，尤其是涉及一种监控、分析锂离子电池正极极片反弹的方法及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池用正极材料主要有金属氧化物、聚阴离子盐、氟化物及硫化物等，当前商业化主要有LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiNixCoyMn1-x-yO2及LiNixCoyAl1-x-yO2等正极材料，按晶体结构分，正极材料有层状结构、尖晶石结构及橄榄石结构等；辊压时，设备与极片发生能量传递，发生能量损失，同时被辊压极片存储弹性势能，弹性势能在辊压后的反弹阶段逐渐被释放；同时，极片在电池充放电过程中会发生一系列变化，例如，正极材料元素组分的改变，金属溶解，元素价态的改变，晶体结构的变化，原子间结合能的改变，一次颗粒产生裂纹，二次颗粒结构改变及破坏，颗粒间隙增大，颗粒表面、形貌发生改变，PVDF降解、溶胀，正极片相关组分的与电解液的副反应，极片结构破坏。这些因素会致使极片具有显而易见的反弹。如果极片的反弹较大，则可能会影响电芯的封闭及电池性能，甚至引起安全问题。因此需要对电池的正极的反弹加以控制。电池的设计、电池的制成对极片的反弹具有至关重要的影响。当前，业内主要是通过测试正极极片厚度来监控反弹率的变化，得到极片厚度变化趋势，但对正极极片厚度变化缺乏深入清晰的认识，得到的结果对材料的改善优化、电池设计及材料的使用缺乏有力的支撑，在这种情况下，研发优化的电池产品周期长，成本高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于解决上述问题中的至少一个。为此，本专利技术提供了一种锂离子电池正极极片反弹的分析方法和用于该方法的锂离子电池。通过本专利技术的方法和锂离子电池能够区分正极极片的物理反弹和化学反弹，并区分开来测试监控，从而为电池设计、最佳化材料使用方案及电池制成过程以及加工工艺控制提供参数。为达到上述目的，本专利技术提供了如下技术方案。本专利技术的第一方面在于提供了一种用于锂离子电池正极厚度反弹监控的锂离子电池，包括：正极极片，所述正极极片包括在正极箔材的两侧上连续布置的负极材料涂层；负极极片，所述负极极片包括在负极箔材的两侧上连续布置的负极材料涂层；和隔膜，其中，所述正极极片具有正极材料涂层的两侧与负极极片具有负极材料涂层的两侧相对布置，所述隔膜布置在所述正极极片和所述负极极片之间，其中，所述锂离子电池进一步包括阻隔物，所述阻隔物间断布置以使得所述锂离子电池形成有具有所述阻隔物的第一区域和无所述阻隔物的第二区域，其中，所述阻隔物沿正极极片长轴方向间隔地在垂直于所述长轴的方向上围绕包覆所述正极极片，或者所述阻隔物间断地设置在所述正极极片与所述隔膜之间或间断地设置在所述负极极片与所述隔膜之间。根据一个实施方式，所述阻隔物为绝缘胶带或绝缘膜。根据一个实施方式，所述阻隔物的厚度为1～10微米，优选为4～6微米。根据一个实施方式，所述第一区域与第二区域的长度之比为1:3～3:1，且所述第一区域和所述第二区域交替分布。根据一个实施方式，所述锂离子电池为卷绕式电池，或为叠片式电池。根据一个实施方式，所述卷绕式电池弯折处为所述无阻隔物的第二区域。本专利技术的第二方面在于提供了一种对锂离子电池正极厚度反弹进行监控的方法，其中，所述方法包括以下步骤：对本专利技术的第一方面所述的锂离子电池，分别测量所述锂离子电池中正极箔材的厚度D正-箔、辊压后正极极片厚度D正-0、首次电池充电后放电时，第一区域正极极片的厚度D1-1，第二区域正极极片的厚度D2-1，电池循环n周时，第一区域正极厚度D1-n，第二区域正极厚度D2-n；所述n值为2～2500，和计算反弹率，根据所测得的D正-箔、D正-0、D1-1、D2-1、D1-n、D2-n按以下公式分别计算正极极片物理反弹率α正-物、正极极片整体反弹率α正-整以及正极极片化学反弹率α正-化，其中，所述正极极片化学反弹率α正-化由公式III得到：α正-物＝(D1-n-D正-0)/(D正-0-D正-箔)(I)α正-整＝(D2-n-D正-0)/(D正-0-D正-箔)(II)α正-化＝(D2-n-D1-1)/(D1-1-D正-箔)(III)。其中，所述n值优选为20～800。根据一种实施方式，以得到的正极极片物理反弹率α正-物、正极极片整体反弹率α正-整以及正极极片化学反弹率α正-化分别对测定时间作图，得到正极极片的相应反弹率随充放电循环变化曲线图。本专利技术的又一方面在于提供了一种对锂离子电池正极极片进行优化的方法，包括以下步骤：用根据本专利技术第二方面的方法对锂离子电池正极厚度的反弹进行监控，根据正极极片物理反弹率α正-物、正极极片化学反弹率α正-化和/或正极极片整体反弹率α正-整随充放电循环次数的变化特点，监测正极极片的物理、化学及整体反弹。根据一个实施方式，根据本专利技术第二方面所述的方法通过所述监测正极极片的物理、化学及整体反弹的结果，对用于锂离子电池的材料优化、材料选型、电池设计、材料使用工艺进行改进。本专利技术通过提供专门用于监测正极厚度反弹的锂离子电池，能够区分出正极的物理反弹和化学反弹，从而可以明确正极材料在循环过程中，物理反弹和化学反弹的演变趋势，以及对整体反弹的贡献率，从而能够有针对性地对正极材料进行调整及优化。在电池开发阶段，可对不同材料反弹大小提前预测，快速评估不同材料反弹性能优劣，指导材料选型从而加快了电池产品的研发周期，节约了研发成本。附图说明图1为根据本专利技术正极极片反弹监控中阻隔层俯视示意图；图2A为根据本专利技术一个实施方式的锂离子电池(其中，阻隔层包覆正极极片)的侧视示意图；图2B为根据本专利技术正极极片反弹监控中一个实施方式的锂离子电池(其中，阻隔层包覆正极极片)的A-A方向的剖面示意图；图2C为根据本专利技术正极极片反弹监控中正负极极片卷绕成卷芯的示意图；图3A为根据本专利技术正极极片反弹监控中另一个实施方式(其中，阻隔层位于隔膜靠正极极片侧)的锂离子电池的侧视示意图；图3B为根据本专利技术正极极片反弹监控中另一个实施方式的锂离子电池(其中，阻隔层位于隔膜靠正极极片侧)的A-A方向的剖面示意图；图4A为根据本专利技术正极极片反弹监控中又一个实施方式(其中，阻隔层位于隔膜靠负极极片侧)的锂离子电池的侧视示意图；图4B为根据本专利技术正极极片反弹监控中又一个实施方式的锂离子电池(其中，阻隔层位于隔膜靠负极极片侧)的A-A方向的剖面示意图；图5示出了在A材料的压实密度为3.45g/cm3时对应的物理反弹、化学反弹及整体反弹随检测点的曲线图。图6示出了在A材料的压实密度为2.85g/cm3时对应的物理反弹、化学反弹及整体反弹随检测点的曲线图。图7示出了在B材料的压实密度为3.45g/cm3时对应的物理反弹、化学反弹及整体反弹随检测点的曲线图。图8示出了在C材料的压实密度为3.45g/cm3时对应的物理反弹、化学反弹及整体反弹随检测点的曲线图。图9示出了在D材料的压实密度为3.45g/cm3时对应的物理反弹、化学反弹及整体反弹随检测点的曲线图。具体实施方式下面将结合具体实施方式和说明书附图对本专利技术及其有益效果作进一步详细说明，但是，本专利技术的并不局限于此。总的来说，根据本专利技术在对锂离子电池进行正极反弹的监测时，需要提供以下将详述的用于该监测的锂离子电池，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂离子电池正极厚度反弹监控的锂离子电池，包括：正极极片，所述正极极片包括在正极箔材的两侧上布置的正极材料涂层；负极极片，所述负极极片包括在负极箔材的两侧上布置的负极材料涂层；和隔膜，其中，所述正极极片、所述负极极片和所述隔膜布置为使所述隔膜位于在所述正极极片和所述负极极片之间，其中，所述锂离子电池进一步包括阻隔物，所述阻隔物间断布置以使得所述锂离子电池形成有具有所述阻隔物的第一区域和无所述阻隔物的第二区域，其中，所述阻隔物沿正极极片长轴方向间隔地在垂直于所述长轴的方向上围绕包覆所述正极极片，或者所述阻隔物间断地设置在所述正极极片与所述隔膜之间或间断地设置在所述负极极片与所述隔膜之间。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池正极厚度反弹监控的锂离子电池，包括：正极极片，所述正极极片包括在正极箔材的两侧上布置的正极材料涂层；负极极片，所述负极极片包括在负极箔材的两侧上布置的负极材料涂层；和隔膜，其中，所述正极极片、所述负极极片和所述隔膜布置为使所述隔膜位于在所述正极极片和所述负极极片之间，其中，所述锂离子电池进一步包括阻隔物，所述阻隔物间断布置以使得所述锂离子电池形成有具有所述阻隔物的第一区域和无所述阻隔物的第二区域，其中，所述阻隔物沿正极极片长轴方向间隔地在垂直于所述长轴的方向上围绕包覆所述正极极片，或者所述阻隔物间断地设置在所述正极极片与所述隔膜之间或间断地设置在所述负极极片与所述隔膜之间。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述阻隔物为绝缘胶带或绝缘膜。3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池，其中，所述阻隔物的厚度为1～10微米，优选为4～6微米。4.根据权利要求1所述的锂离子电池，所述第一区域与第二区域的长度之比为1:3～3:1，且所述第一区域和所述第二区域交替分布。5.根据权利要求1～4任一项所述的锂离子电池，其中所述锂离子电池为卷绕式电池，或为叠片式电池。6.根据权利要求5所述的锂离子电池，所述卷绕式电池弯折处为所述无阻隔物的第二区域。7.一种对锂离子电池正极厚度反弹进行监控的方法，其中，所述方法包括以下步骤：对权利要求1～6中任意一项所述的锂离子电池，分别测量所述锂离子电池中正极箔材的厚度D正-箔、辊压后正极极片厚度D正-0、首次电池充电后放电时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：余大强，谢智，李明，黄亮，袁园，吴军，
申请(专利权)人：中兴高能技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42