一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法。所述计算方法包括：（1）在电池制备过程中在电池的正极片表面嵌入金属颗粒，然后对电池进行老化，老化过程中记录电池发生短路的时间t；（2）将短路后的电池拆解，确定隔膜黑点，记录正极侧的黑点半径a和负极侧的黑点半径b；（3）根据黑点半径a和b计算得到金属杂质的析出量V′；（4）由析出量V′、电池发生短路的时间t、嵌入金属的半径R计算得到金属杂质的溶解析出速度m。本发明专利技术通过在电池中加入金属杂质，通过在不同电压下老化，计算得到金属杂质的溶解速度，进而可以推断出不同种类的金属杂质使用的老化电压以及老化时间，大大提高了自放电筛选准确率。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法
本专利技术属于锂离子电池的
，涉及一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法。
技术介绍
锂离子电池正极材料生产工序较多，制造过程中的每一个环节都会有金属异物引入的风险。当正极材料中存在铁（Fe）、铜（Cu）、锌（Zn）、镍（Ni）等金属杂质时，电池化成阶段的电压达到这些金属元素的氧化还原电位后，这些金属就会先在正极氧化再到负极还原，当负极处的金属单质累积到一定程度，就会刺穿隔膜，造成电池自放电。高温老化的作用之一是促进金属杂质的溶解析出，提高自放电筛选准确率。为了让金属杂质在高温老化过程中溶解析出，需要研究每个金属的析出电位及析出速度，以确定合理的高温老化电压及时间。CN110567999A公开了一种锂电材料中金属异物的SEM-EDS联用测试方法，属于锂离子电池材料领域，解决了现有SEM检测方法存在的检测结果准确度较差的问题。本专利技术包括以下步骤：将高纯水和锂离子正极材料加入测试瓶，测试瓶中放入磁场强度为5000GS~6000GS的磁铁，混匀；倒掉浆料，取出磁铁，用高纯水冲洗磁铁上粘附的物料，超声波仪超声洗涤，取下磁铁，洗涤后干燥；将磁铁上的磁性异物粘附于导电胶带上；通过SEM甄别磁性异物颗粒的形貌、粒径大小，通过能谱分析确定异物颗粒的化学组成、种类，最后根据确定的含金属异物颗粒的种类、数量和粒径大小进行磁性异物含量统计。该文献中仅仅是研究了如何测定金属异物，并不能保证在化成阶段有效析出金属杂质，增加了后续生产过程风险性及自放电电池漏判率。因此，如何得到不同金属杂质在电池中的溶解速度，以确定合理的高温老化电压及时间，提高自放电筛选准确率，是亟待解决的技术问题。
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中金属杂质溶解析出速度的计算方法。本专利技术通过在电池中加入金属杂质，通过在不同电压下老化，计算得到金属杂质的溶解速度，进而可以推断出不同种类的金属杂质使用的老化电压以及老化时间，大大提高了自放电筛选准确率。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，所述计算方法包括：（1）在电池制备过程中在电池的正极片表面嵌入金属颗粒，然后对电池进行老化，老化过程中记录电池发生短路的时间t；（2）将短路后的电池拆解，确定隔膜黑点，记录正极侧的黑点半径a和负极侧的黑点半径b；（3）根据黑点半径a和b计算得到金属杂质的析出量V′；（4）由析出量V′、电池发生短路的时间t、嵌入金属的半径R计算得到金属杂质的溶解析出速度m。本专利技术中电池制备过程包括，现在正极片表面嵌入金属颗粒，然后按照常规电池的叠片工艺制备电池，然后装配，注液，化成，老化。本专利技术中，得到的金属杂质的溶解析出速度为金属杂质单位时间的溶解厚度，黑点半径均按照最大半径统计。本专利技术中，通过提前嵌入金属颗粒作为金属杂质，模拟得到金属杂质的溶解过程，利用其析出量和短路时间，可以准确的得到在不同电压下所嵌入的金属颗粒的溶解析出速度，且还可以准确预测出每种金属杂质适用的析出电位及析出速度，这样可以合理的准确的预判电池的高温老化时间，缩短了电池的制作周期，并且提高了电池自放电筛选准确率。优选地，步骤（1）所述金属颗粒的粒径为60~140μm，例如60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm或140μm等，最大粒径为100~140μm，例如100μm、110μm、120μm、130μm或140μm等。优选地，步骤（1）所述金属颗粒包括铁粉、铜粉、锌粉、镍粉或不锈钢粉。优选地，步骤（1）所述嵌入金属颗粒的方法包括：用针将金属颗粒放于正极片表面，然后进行按压，使金属颗粒嵌入正极片中。优选地，金属颗粒的嵌入量为15~20个，例如15个、16个、17个、18个、19个或20个等。优选地，嵌入的金属颗粒间的距离＞5mm，例如6mm、7mm、8mm、9mm或10mm等。本专利技术中，嵌入的金属颗粒间的距离不能过短，过短可能会导致两个金属颗粒溶解析出在隔膜上的黑点有重合区域，无法有效测量黑点尺寸。优选地，老化过程中的电压为3.8~4.2V，例如3.8V、3.85V、3.9V、3.95V、4V、4.05V、4.1V、4.15V或4.2V等。作为本专利技术所述方法的一个优选技术方案：本专利技术中，隔膜黑点作为金属析出黑点，且沿隔膜断面呈圆锥台的方式呈现，即析出量即为圆锥台的体积。步骤（3）所述金属杂质的析出量V′的计算公式为，其中，h为隔膜厚度。作为本专利技术所述方法的另一个优选技术方案：假设一种金属在同一个电压水平下，单位时间的溶解厚度不变：步骤（4）所述金属杂质的溶解析出速度m的计算公式为。优选地，所述电池为锂离子单电池相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过在电池中加入金属杂质，通过在不同电压下老化，计算得到金属杂质的溶解速度，进而可以推断出不同种类的金属杂质使用的老化电压以及老化时间，大大提高了自放电筛选准确率。附图说明图1为具体实施方式中金属颗粒嵌入正极片的示意图。图2为具体实施方式中金属颗粒溶解于隔膜后的隔膜断面中的溶解模型图。图3为实施例1中铜金属颗粒在隔膜负极侧的黑点示意图。图4为实施例1中铜金属颗粒在隔膜正极侧的黑点示意图。图5为实施例5中不锈钢颗粒在隔膜负极侧的黑点示意图。图6为实施例5中不锈钢颗粒在隔膜正极侧的黑点示意图。1-第一玻璃板，2-金属颗粒，3-第二玻璃板，a-正极侧的黑点半径a，b-负极侧的黑点半径b。具体实施方式下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本专利技术，不应视为对本专利技术的具体限制。在一个具体实施方式中，如图1所示，将正极片平铺于第一玻璃板1表面，然后用针挑起金属颗粒2，以＞5mm的间隔放置15~20个，然后用第二玻璃板3覆盖正极片，用80kg的力连续按压第二玻璃3五次，然后制备得到单层软包小电池，对电池进行预充，抽气，化成；预充：以0.1C的电流恒流充电到3.5V，然后在0.2C电流下恒流充电2h；化成：在0.2C的电流下恒流恒压分别充电到3.8V/3.9V/4.05V/4.2V，截止电流0.02C。然后在3.8V/3.9V/4.05V/4.2V电压进行老化。（1）然后对电池进行老化，老化过程中记录电池发生短路的时间t；（2）将短路后的电池拆解，确定隔膜黑点，记录正极侧的黑点半径a和负极侧的黑点半径b；（3）如图2所示，根据黑点半径a和b计算得到金属杂质的析出量V′，计算公式为，其中，h为隔膜厚度；（4）由析出量V′、电池发生短路的时间t、嵌入金属的半径R计算得到金属杂质的溶解析出速度m，计算公式为。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：/n（1）在电池制备过程中在电池的正极片表面嵌入金属颗粒，然后对电池进行老化，老化过程中记录电池发生短路的时间t；/n（2）将短路后的电池拆解，确定隔膜黑点，记录正极侧的黑点半径a和负极侧的黑点半径b；/n（3）根据黑点半径a和b计算得到金属杂质的析出量V′；/n（4）由析出量V′、电池发生短路的时间t、嵌入金属的半径R计算得到金属杂质的溶解析出速度m。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：
（1）在电池制备过程中在电池的正极片表面嵌入金属颗粒，然后对电池进行老化，老化过程中记录电池发生短路的时间t；
（2）将短路后的电池拆解，确定隔膜黑点，记录正极侧的黑点半径a和负极侧的黑点半径b；
（3）根据黑点半径a和b计算得到金属杂质的析出量V′；
（4）由析出量V′、电池发生短路的时间t、嵌入金属的半径R计算得到金属杂质的溶解析出速度m。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，其特征在于，步骤（1）所述金属颗粒的粒径为60~140μm，最大粒径为100~140μm。


3.根据权利要求1所述的锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，其特征在于，步骤（1）所述金属颗粒包括铁粉、铜粉、锌粉、镍粉或不锈钢粉。


4.根据权利要求1所述的锂离子电池中金属杂质溶解析出速度的计算方法，其特征在于，步骤（1）所述嵌入金属颗粒的方法包括：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱琳，李奎，姜守钟，
申请(专利权)人：昆山聚创新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32