一种评估三元材料循环性能的方法技术

技术编号:24329127 阅读:33 留言:0更新日期:2020-05-29 19:01
本发明专利技术属于锂离子电池技术领域,尤其涉及一种评估三元材料循环性能的方法,将待测三元材料作为正极,制成纽扣电池当做测试载体,借助XRD分析和电化学测试等手段,得到待测三元材料在极限测试条件下经历少数指定次数充放电循环后ΔI

A method to evaluate the cyclic properties of ternary materials

【技术实现步骤摘要】
一种评估三元材料循环性能的方法
本专利技术属于锂离子电池领域,尤其涉及一种评估三元材料循环性能的方法。
技术介绍
因具有较高的工作电压、能量密度、长寿命和对环境友好等特点,锂离子电池已经成为新一代电动汽车、电动工具及电子产品的动力电源,目前已经广泛应用于能源、交通、通讯等不同的领域之中。三元材料,尤其是高镍三元材料是当下研究的热点,由于其容量高、循环性能优异从而得到了广泛应用。三元材料作为锂离子电池正极材料关键的组成部分,决定着电池的基本物理和电化学性能。目前市场上已商品化的三元电极材料种类较多,如何快速地从多种候选三元材料中评估出一种或几种能够满足客户需求的电极材料是锂离子电池研发人员的重要工作内容。通常,电芯生产企业评估三元材料充放电循环寿命的方法是先将待评估材料制成全电池,然后再去进行相应的充放电循环稳定性测试。这种材料评估方式的时间周期较长,投入成本较大,评估效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:针对现有技术的不足,提供一种评估三元材料循环性能的方法,能够快速地评估出三元材料在全电池中的充放电循环寿命,提高材料的评估效率。为了实现上述目的,本专利技术采用以下技术方案:一种评估三元材料循环性能的方法,包括以下步骤:步骤一、以第一三元材料作为第一正极活性物质分别组装成若干个第一纽扣电池和若干个第一全电池;步骤二、对所述第一纽扣电池进行充放电循环测试,分别记录若干个所述第一纽扣电池循环t圈后的容量保持率A;对所述第一全电池进行充放电循环测试,分别记录若干个所述第一全电池循环T圈后的容量保持率B;步骤三、将循环后的所述第一纽扣电池的正极活性物质进行X射线粉末衍射,得到若干I003/I104值;以t为横坐标,以ΔI003/I104值为纵坐标,拟合ΔI003/I104=f(t)的S1曲线;将循环后的所述第一全电池的正极活性物质分别进行X射线粉末衍射,得到若干I003/I104值;以T为横坐标,以ΔI003/I104值为纵坐标,拟合ΔI003/I104=f(T)的S2曲线;当曲线S1=曲线S2时,分别得到t0和T0,记录T0/t0=G;步骤四、以第二三元材料作为第二正极活性物质组装成若干个第二纽扣电池,进行充放电循环测试,分别记录循环周期为H时的容量保持率为C;将循环后所述第二纽扣电池的正极活性物质进行X射线粉末衍射,得到若干I003/I104值,计算ΔI003/I104值的平均值;当所述第二三元材料制备的第二全电池的循环圈数为G*H时,所述第二全电池的循环容量保持率D=C。本专利技术的原理为:当三元材料在进行充放电循环时,其层状晶体结构会发生Li+/Ni2+混排的现象。Li+/Ni2+混排的程度可以用XRD衍射峰中(003)晶面的衍射强度与(104)晶面的衍射强度的比值(I003/I104)的大小来表征,I003/I104的值越大,表示材料的充放电循环稳定性越差。一个特定的循环次数会产生一个特定的ΔI003/I104值,而一个ΔI003/I104值又决定了一个容量保持率。对于同种比例的材料,其晶体结构随充放电循环的变化机理相同。因此,先分别测出第一三元材料在纽扣电池和全电池中循环次数与ΔI003/I104值的对应关系以及ΔI003/I104值与循环容量保持率的关系,再测试第二三元材料在纽扣电池中的循环次数、ΔI003/I104值和循环容量保持率,即可得知第二三元材料在全电池中循环容量与循环次数的对应关系,大大缩短了评估时间。作为本专利技术所述的评估三元材料循环性能的方法的一种改进,所述第一纽扣电池的充电截止电压Ut大于所述第一全电池的充电截止电压UT。提高充电截止电压的目的是为了加速测试,提高电压档位不会影响评估效果的准确性,还能够加快材料的晶体结构变化,缩短评估时间。优选的,提高两个电压档位使得评估时间大幅降低。作为本专利技术所述的评估三元材料循环性能的方法的一种改进,所述第一三元材料和所述第二三元材料中元素的比例相同。对于同种比例的材料,其晶体结构随充放电循环的变化机理相同。作为本专利技术所述的评估三元材料循环性能的方法的一种改进,所述第一纽扣电池和所述第二纽扣电池的充放电电流、充电截止电压以及放电截止电压均相同。当测试条件相同时,才不会影响测试结果的准确性。作为本专利技术所述的评估三元材料循环性能的方法的一种改进,所述第一纽扣电池的负极片为金属锂,第二纽扣电池的负极片为金属锂,所述第一全电池的负极片与所述第二全电池的负极片相同。作为本专利技术所述的评估三元材料循环性能的方法的一种改进,所述X射线粉末衍射的测试方式为步进式扫描。作为本专利技术所述的评估三元材料循环性能的方法的一种改进,所述步进式扫描的步长设置为0.02°,停留时间为1S,扫描范围为10~80°。作为本专利技术所述的评估三元材料循环性能的方法的一种改进,将循环后的正极活性物质进行X射线粉末衍射的方法为:取出正极片,刮下所述正极活性物质,对所述正极活性物质冲洗、过滤、烘干。作为本专利技术所述的评估三元材料循环性能的方法的一种改进,所述第一正极活性物质占所述第一纽扣电池的正极活性物质层的质量比为80~99%,所述第二正极活性物质占所述第二纽扣电池的正极活性物质层的质量比为80~99%。作为本专利技术所述的评估三元材料循环性能的方法的一种改进,所述第一三元材料和所述第二三元材料为LiNixCoyMnzM1-x-y-zO2或LiNixCoyAlzM1-x-y-zO2,其中,M为Co、Ni、Mn、Mg、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、V和Ti中的任意一种,且0≤y≤1,0≤x<1,0≤z≤1,x+y+z≤1。本专利技术的有益效果包括但不限于:本专利技术将待测三元材料作为正极,制成纽扣电池当做测试载体,借助XRD分析和电化学测试等手段,得到待测三元材料在极限测试条件下经历少数指定次数充放电循环后ΔI003/I104和容量保持率的数据。通过将纽扣电池测试得到的数据代入到已知三元材料在极限测试条件下和常规测试条件下ΔI003/I104值相同时循环次数对应的等价数学关系中,即可快速地评估出待测三元材料在全电池中的充放电循环寿命,提高材料的评估效率。本专利技术用纽扣电池作为测试载体,评估方式灵活、评估成本低;通过提高充电截止电压来加速测试过程,评估周期短;从三元材料在充放电循环过程中晶体结构变化对充放电循环稳定性影响的角度去评估材料的性能,具有较高的可靠性。附图说明图1为实施例1中ΔI003/I104=f(t)的曲线S1。图2为实施例1中ΔI003/I104=f(T)的曲线S2。具体实施方式如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解,硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语,故应解释成“包含但不限定于”。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种评估三元材料循环性能的方法,其特征在于,包括以下步骤:/n步骤一、以第一三元材料作为第一正极活性物质分别组装成若干个第一纽扣电池和若干个第一全电池;/n步骤二、对所述第一纽扣电池进行充放电循环测试,分别记录若干个所述第一纽扣电池循环t圈后的容量保持率A;对所述第一全电池进行充放电循环测试,分别记录若干个所述第一全电池循环T圈后的容量保持率B;/n步骤三、将循环后的所述第一纽扣电池的正极活性物质进行X射线粉末衍射,得到若干I

【技术特征摘要】
1.一种评估三元材料循环性能的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、以第一三元材料作为第一正极活性物质分别组装成若干个第一纽扣电池和若干个第一全电池;
步骤二、对所述第一纽扣电池进行充放电循环测试,分别记录若干个所述第一纽扣电池循环t圈后的容量保持率A;对所述第一全电池进行充放电循环测试,分别记录若干个所述第一全电池循环T圈后的容量保持率B;
步骤三、将循环后的所述第一纽扣电池的正极活性物质进行X射线粉末衍射,得到若干I003/I104值;以t为横坐标,以ΔI003/I104值为纵坐标,拟合ΔI003/I104=f(t)的S1曲线;
将循环后的所述第一全电池的正极活性物质分别进行X射线粉末衍射,得到若干I003/I104值;以T为横坐标,以ΔI003/I104值为纵坐标,拟合ΔI003/I104=f(T)的S2曲线;
当曲线S1=曲线S2时,分别得到t0和T0,记录T0/t0=G;
步骤四、以第二三元材料作为第二正极活性物质组装成若干个第二纽扣电池,进行充放电循环测试,分别记录循环周期为H时的容量保持率为C;
将循环后所述第二纽扣电池的正极活性物质进行X射线粉末衍射,得到若干I003/I104值,计算ΔI003/I104值的平均值;当所述第二三元材料制备的第二全电池的循环圈数为G*H时,所述第二全电池的循环容量保持率D=C。


2.根据权利要求1所述的评估三元材料循环性能的方法,其特征在于,所述第一纽扣电池的充电截止电压Ut大于所述第一全电池的充电截止电压UT。


3.根据权利要求1所述的评估三元材料循环性能的方法,其特征在于,所述第一三元材料和所述第二三元材料中元素的比例相同。<...

【专利技术属性】
技术研发人员:郑坤朱坤庆计阳夏小勇占克军
申请(专利权)人:东莞维科电池有限公司
类型:发明
国别省市:广东;44

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1