监控、分析锂离子电池负极极片反弹的方法及锂离子电池技术

本申请涉及监控、分析锂离子电池负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，所述正极极片包括在正极箔材的两侧上间断布置的正极材料涂层，使得所述正极极片具有无正极材料涂层的第一区域和具有正极材料涂层的第二区域；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，所述隔膜布置在所述正极极片和所述负极极片之间。本申请还涉及根据锂离子电池负极极片反弹的方法及锂离子电池对负极材料进行优化。

The method of monitoring and analyzing the rebound of negative pole piece of lithium-ion battery and lithium-ion battery

【技术实现步骤摘要】
监控、分析锂离子电池负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、分析锂离子电池负极极片反弹的方法及锂离子电池。
技术介绍
在对锂离子电池进行充放电时，作为锂离子电池的碳材料和非碳材料在电池负极片制作过程中辊压、SEI膜的形成以及相关电化学反应因素，具有显而易见的反弹。相对极片辊压后的厚度，碳材料如石墨在首次充电后负极片膨胀率可达20％以上，而非碳材料如硅基材料更具有高达320％的首次充电膨胀率。随着循环的进行，由于一系列电化学反应、材料结构变化等因素，碳材料如石墨、非碳材料如硅基材料的负极片反弹会持续进行。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。因此需要对电池负极的反弹加以控制。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负极片厚度来监控反弹率的变化，得到极片厚度变化趋势，但对负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负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负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负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间断布置的正极材料涂层，使得所述正极极片具有无正极材料涂层的第一区域和具有正极材料涂层的第二区域；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，且所述隔膜布置在所述正极极片和所述负极极片之间。其中，所述负极涂层包含选自人造石墨、天然石墨、复合石墨和硅基负极等负极材料中的一种或多种。其中，所述第一区域与第二区域的长度之比为1:3～3:1。优选地，所述第一区域与第二区域的长度之比1:1，且所述第一区域和所述第二区域交替分布。其中，所述锂离子电池为卷绕式电池，或为叠片式电池。其中，卷绕式电池弯折处为所述无正极材料涂层的第一区域。本专利技术的第二方面在于提供了一种对锂离子电池负极厚度反弹进行监控的方法，其中，所述方法包括以下步骤：对本专利技术第一方面所述的锂离子电池，分别测量所述锂离子电池中负极箔材的厚度D负-箔、辊压后负极极片厚度D负-0、首次电池充满电时，第一区域负极极片的厚度为D1-1，第二区域负极极片的厚度和D2-1、所述锂离子电池充放电循环n次循环时，第一区域负极极片的厚度为D1-n，第二负极区域负极极片的厚度D2-n，n值为2～2500；和计算反弹率，根据所测得的所述D负-箔、D负-0、D1-1、D2-1、D1-n、D2-n按以下公式分别计算负极极片物理反弹率α负-物、负极极片整体反弹率α负-整以及负极极片化学反弹率α负-化，其中，所述负极极片化学反弹率α负-化由公式III得到：α负-物＝(D1-n-D负-0)/(D负-0-D负-箔)(I)α负-整＝(D2-n-D负-0)/(D负-0-D负-箔)(II)α负-化＝(D2-n-D1-1)/(D1-1-D负-箔)(III)。其中，所述n值优选为20～800。根据一种实施方式，以得到的负极极片物理反弹率α负-物、负极极片整体反弹率α负-整以及负极极片化学反弹率α负-化分别对测定时间作图，得到负极极片的相应反弹率随充放电循环次数变化曲线图。本专利技术的又一方面在于提供了一种对锂离子电池负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所述的方法对锂离子电池负极厚度的反弹进行监控，根据负极极片物理反弹率α负-物、负极极片化学反弹率α负-化和/或负极极片整体反弹率α负-整随充放电循环次数的变化特点，监测负极极片的物理、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负极极片的物理、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负极厚度反弹的锂离子电池，能够区分出负极的物理反弹和化学反弹，从而可以明确负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负极材料进行调整及优化。在在电池开发阶段，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为本专利技术负极极片反弹监控中正极涂覆俯视示意图；图2为本专利技术负极极片反弹监控中正负极涂覆侧视示意图；图3为根据本专利技术负极极片反弹监控中正负极极片卷绕成卷芯的示意图；图4(A)示出了在石墨A的压实密度为1.65g/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4(B)示出了在石墨A的压实密度为1.60g/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4(C)示出了在石墨A的压实密度为1.70g/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5示出了在石墨A-1的压实密度为1.65g/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示出了在石墨A-2的压实密度为1.65g/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示出了在石墨A-3的压实密度为1.65g/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示出了在石墨B的压实密度为1.65g/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的具体实施方式及其效果作进一步详细说明，但是，本专利技术并不局限于下述具体实施方式和实施例。总的来说，根据本专利技术在对锂离子电池进行负极反弹的监测时，需要提供以下将详述的用于该监测的锂离子电池，并通过对该用于监测的锂离子电池进行测量来获得负极反弹的参数。本专利技术的锂离子电池包括正极极片、负极极片和隔膜。具体地，本专利技术的正极极片为正极活性材料浆料间隔地涂覆在正极箔材两侧，而本专利技术的负极极片为负极活性材料浆料涂布在负极箔材两侧。正极涂覆的间断方式如图1所示，在正极箔材上进行涂覆，正极空白区域1021对应未涂覆的区域，正极涂覆区域1022对应涂覆的区域。未涂覆区域1021无法与负极进行电化学反应，从而该区域负极极片仅存在物理反弹。例如，负极极片上物质弹性势能的释放、丁苯橡胶(SBR)及羧甲基纤维素钠(CMC)在电解液浸泡过程中的溶胀及极片上物质间粘附力改变等因素，均可导致这种物理反弹。定义该未涂覆的正极区域对应的电池叠层部分为第一区域M；此外，由于电池在充电放时，具体地在从第一次充电开始的电池寿命期内，电池发生电化学反应。定义伴随化学反应发生的反弹为“化学反弹”。在充放电过程中，除发生“化学反弹”之外，还会同时发生“物理反弹”。在此，定义正极涂覆区域对应的电池叠层部分为第二区域N。第二区域N对应负极的区域为同时发生负极“物理反弹”和“化学反弹”区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂离子电池负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间断布置的正极材料涂层，使得所述正极极片具有无正极材料涂层的第一区域和具有正极材料涂层的第二区域；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，所述隔膜位于在所述正极极片和所述负极极片之间。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池负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间断布置的正极材料涂层，使得所述正极极片具有无正极材料涂层的第一区域和具有正极材料涂层的第二区域；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，所述隔膜位于在所述正极极片和所述负极极片之间。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述负极涂层包含选自人造石墨、天然石墨、复合石墨和硅基负极等负极材料中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，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。4.根据权利要求1～3中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。5.根据权利要求4所述的锂离子电池，所述卷绕式电池弯折处为所述无正极材料涂层的第一区域。6.一种对锂离子电池负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1～5中任一项所述的用于锂离子电池负极厚度反弹监控的锂离子电池进行厚度测量，分别测量所述锂离子电池中负极箔材的厚度D负-箔、辊压后负极极片厚度D负-0、首次电池充满电时，第一区域负极极片的厚度为D1-1，第二区域负极极片的厚度和D2-1、所述锂离子电池充放电循环n次循环时，第一区域负极极片的厚度为D1-n，第二负极区域负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：余大强，阳敦杰，黄梅，蔡维佳，李华，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