锂离子电池高镍正极材料循环性能的快速评价方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池高镍正极材料循环性能的快速评价方法，包括：提供待测高镍正极材料和满足预设循环性能要求的标准高镍正极材料，分别与相同的负极、隔膜按照相同的方法分别组装成电池，得到标准电池和待测电池；将标准电池和待测电池在同样的条件下进行预充老化和分容处理，在电池检测系统上以0.01C～1C充放1～3个循环；收集充电和放电容量(Q)、电压(V)数据，绘制标准电池和待测电池的dQ/dV‑V曲线；根据所述dQ/dV‑V曲线，提取电压为4.0～4.2V区间的H2～H3峰值，根据H2～H3峰值及其变化判断标准电池和待测电池的循环性能。

A rapid evaluation method of the cycling performance of high nickel cathode materials for Li-ion batteries

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池高镍正极材料循环性能的快速评价方法
本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池高镍正极材料循环性能的快速评价方法。
技术介绍
锂离子二次电池是新一代最具竞争力的电池，被称为“绿色环保能源”，是解决当代环境污染问题和能源问题的首选技术。近年来，在高能电池领域中锂离子二次电池已取得了巨大成功，但消费者仍然期望综合性能更高的电池面世，而这取决于对电极材料和电解质体系的研究和开发。高镍正极材料由于镍含量较高，并且镍是主要的氧化还原反应元素，因此能够有效提高锂电池正极材料的比容量。当前评价锂电池高镍正极材料循环性能的方法主要还是制作全电池，然后按照一定的循环制式进行循环寿命测试。大多是满充满放，直至初始寿命的80％即终止测试。以一般寿命要求相对较低的3C类消费类电池为例，一般要求500次到1000次的循环寿命，采用1C满充满放制式，测试完500次到1000次的循环寿命大约需要50天到100天；再以长寿命的储能电池为例，一般要求3000到6000次的循环寿命，采用1C充放制式，测试完3000次到6000次的循环寿命大约需要300天到600天。很显然，这么长的测试周期不仅浪费大量的时间，而且会增加包括人力、物力和电能消耗等大量成本。即使是新型正极材料的制备其评价方法仍然采用上述方法。鉴于此传统的评价高镍正极循环性能的方法耗时太长、能耗较大、成本太高，需要占据测试设备较长时间，无形又增加设备成本。业内亟待研究一种快速评估锂离子电池高镍正极材料循环性能的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池高镍正极材料循环性能的快速评价方法，旨在解决现有评价高镍正极循环性能的方法耗时长、能耗大、成本高的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一方面提供一种锂离子电池高镍正极材料循环性能的快速评价方法，包括以下步骤：提供待测高镍正极材料和满足预设循环性能要求的标准高镍正极材料，将所述标准高镍正极材料和所述待测高镍正极材料分别与相同的负极、隔膜按照相同的方法分别组装成电池，得到标准电池和待测电池；其中，所述待测高镍正极材料和所述标准高镍正极材料中的Ni含量不低于80％，所述标准电池标记为QS，所述待测电池为QX；将所述标准电池和所述待测电池在同样的条件下进行预充老化和分容处理，取分容后的标准电池和待测电池在电池检测系统上以0.01C～1C充放循环，且所述循环的方法如下：充电制式：0.01C～0.1C恒流恒压充到4.2V；静置1～30min；放电制式：0.01C～0.1C放至2.75V，静置1～30min；收集充电和放电容量Q、电压V的数据，绘制标准电池和待测电池的dQ/dV-V曲线；根据所述dQ/dV-V曲线，提取电压为4.0～4.2V区间的H2～H3峰值；根据所述标准电池和所述待测电池的H2～H3峰值及其变化，判断所述标准电池和所述待测电池的循环性能；其中，所述标准电池在4.0～4.2V区间的H2～H3峰值标记为QS(H2～H3)，所述待测电池在4.0～4.2V区间的H2～H3峰值标记为Qx(H2～H3)；若QX(H2～H3)＞QS(H2～H3)，则所述待测高镍正极材料的循环性能不及所述标准高镍正极材料的循环性能；若QX(H2～H3)<QS(H2～H3)，则所述待测高镍正极材料的循环性能优于所述标准高镍正极材料的循环性能；若QX(H2～H3)＝QS(H2～H3)，且QX的H2～H3峰值向右偏移，不可逆相变增多，则所述待测高镍正极材料的循环性不及所述标准高镍正极材料的循环性能。本专利技术提供的锂离子电池高镍正极材料循环性能的快速评价方法，以满足预设循环性能要求的标准高镍正极材料作为参考标准，基于容量增量的dQ/dV-V曲线，通过H2～H3峰值定性判定待测高镍正极材料的循环性能。具体原理如下：高镍正极材料(Ni含量80％以上)在充电过程伴随着脱锂，且随着充电的进行脱锂量逐渐增大。脱锂过程中，高镍正极材料的晶相发生以下转变：六方相H1→单斜相M→六方相H2→六方相H3。其中，六方相H1→单斜相M→六方相H2的晶相变化是可逆的；从六方相H2转变六方相H3时，C轴方向会发生部分不可逆的收缩，Li+无法嵌入原有晶格，导致电化学性能下降。因此，六方相H2转变六方相H3的相变主导了材料循环性能的好坏，所以采用H2～H3峰值定性判定，可以快速评价高镍正极材料的循环性能。与现有技术相比，本专利技术提供的锂离子电池高镍正极材料循环性能的快速评价方法，具有以下优点：该方法操作简单，过程易操作；且评估条件简单温和，常温环境即可进行，无需复杂条件。该方法不需要进行历时长久的满充满放，能够大大降低能耗，节省人力和物力，降低了高镍正极材料循环性能的评价成本。相比传统的满充满放直至初始寿命的80％的方法，本专利技术缩短了40％-70％的测试时间。该方法通过H2～H3峰值定性判定待测高镍正极材料的循环性能，可靠性强，可适用性广，能够适用于扣式电池、圆形电池、方型电池和软包电池等，且对电池尺寸没有限制，能够广泛应用于规模化生产的高镍正极材料的评估。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的步骤S02、S03后的循环前后的dQ/dV-V曲线图；图2是本专利技术实施例提供的标准样QS和A、B、C三种待测高镍正极dQ/dV-V曲线图；图3是本专利技术实施例提供的标准样QS和A、B、C三种待测高镍正极容量保持率的结果图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供了一种锂离子电池高镍正极材料循环性能的快速评价方法，包括以下步骤：S01.提供待测高镍正极材料和满足预设循环性能要求的标准高镍正极材料，将所述标准高镍正极材料和所述待测高镍正极材料分别与相同的负极、隔膜按照相同的方法分别组装成电池，得到标准电池和待测电池；其中，所述待测高镍正极材料和所述标准高镍正极材料中的Ni含量不低于80％，所述标准电池标记为QS，所述待测电池为QX；S02.将所述标准电池和所述待测电池在同样的条件下进行预充老化和分容处理，取分容后的标准电池和待测电池在电池检测系统上以0.01C～1C充放循环，且所述充放循环的方法如下：充电制式：0.01C～0.1C恒流恒压充到4.2V；静置1～30min；放电制式：0.01C～0.1C放至2.75V，静置1～30min；S03.收集充电和放电容量Q、电压V的数据，绘制标准电池和待测电池的dQ/dV-V曲线；...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池高镍正极材料循环性能的快速评价方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供待测高镍正极材料和满足预设循环性能要求的标准高镍正极材料，将所述标准高镍正极材料和所述待测高镍正极材料分别与相同的负极、隔膜按照相同的方法分别组装成电池，得到标准电池和待测电池；其中，所述待测高镍正极材料和所述标准高镍正极材料中的Ni含量不低于80％，所述标准电池标记为Q

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池高镍正极材料循环性能的快速评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供待测高镍正极材料和满足预设循环性能要求的标准高镍正极材料，将所述标准高镍正极材料和所述待测高镍正极材料分别与相同的负极、隔膜按照相同的方法分别组装成电池，得到标准电池和待测电池；其中，所述待测高镍正极材料和所述标准高镍正极材料中的Ni含量不低于80％，所述标准电池标记为QS，所述待测电池为QX；
将所述标准电池和所述待测电池在同样的条件下进行预充老化和分容处理，取分容后的标准电池和待测电池在电池检测系统上以0.01C～1C充放循环，且所述循环的方法如下：
充电制式：0.01C～0.1C恒流恒压充到4.2V；静置1～30min；
放电制式：0.01C～0.1C放至2.75V，静置1～30min；
收集充电和放电容量Q、电压V的数据，绘制标准电池和待测电池的dQ/dV-V曲线；
根据所述dQ/dV-V曲线，提取电压为4.0～4.2V区间的H2～H3峰值；根据所述标准电池和所述待测电池的H2～H3峰值及其变化，判断所述标准电池和所述待测电池的循环性能；其中，所述标准电池在4.0～4.2V区间的H2～H3峰值标记为QS(H2～H3)，所述待测电池在4.0～4.2V区间的H2～H3峰值标记为Qx(H2～H3)；
若QX(H2～H3)＞QS(H2～H3)，则所述待测高镍正极材料的循环性能不及所述标准高镍正极材料的循环性能；
若QX(H2～H3)<QS(H2～H3)，则所述待测高镍正极材料的循环性能优于所述标准高镍正极材料的循环性能；
若QX(H2～H3)＝QS(H2～H3)，且QX的H2～H3峰值向右偏移，不可逆相变增多，则所述待测高镍正极材料的循环性不及所述标准高镍正极材料的循环性能。


2.如权利要求1所述的锂离子电池高镍正极材料循环性能的快速评价方法，其特征在于，判断所述标准电池和所述待测电池的循环性能的步骤之后，还包括：对所述标准电池和所述待测电池进行相同标准的SOC局部加速循环，根据所述SOC局部加速循环的结果，判定所述待测电池中的待测高镍正极材料的循环性能。


3.如权利要求2所述的锂离子电池高镍正极材料循环性能的快速评价方法，其特征在于，所述SOC局部加速循环的方法为：0.2C～...

【专利技术属性】
技术研发人员：占孝云，宋正菊，安伟峰，林建，张宇，
申请(专利权)人：深圳市比克动力电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44