一种利用对称电池评估锂离子电池性能的方法技术

本发明专利技术涉及锂电池技术领域，公开了一种利用对称电池评估锂离子电池性能的方法，所述对称电池包括参比电极、高聚物隔膜、铝塑膜、待测电极、电解液；所述评估锂离子电池的方法主要包括测定循环前后不同SOC值下含有参比电极的软包对称电池待测电极的开路电位和阻抗值评估锂离子电池性能，本发明专利技术制备的含有参比电极的对称锂离子电池，能够更好得反映锂离子电池极片的电化学性能包括真实阻抗和开路电位，适用于目前所有的锂离子电池体系分析，开发成本低，具有重要的技术价值。

【技术实现步骤摘要】
一种利用对称电池评估锂离子电池性能的方法
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种利用对称电池评估锂离子电池性能的方法。
技术介绍
随着锂离子系统的应用从消费电子产品扩展到交通和电力存储市场，电池寿命已成为大规模商业化使用的主要难题。电池寿命主要由电池容量和阻抗特性决定，这些特性随着电极电位和电化学去离子界面的变化而变化。因此，电极电位检测对于电池老化的研究是非常重要的，可以确认电池性能老化的原因，优化设计提高电池寿命，因此在电池中增加参比电极监测电池电位可以提供特别有价值的信息；除此之外，由同一类型正负电极(例如NCM/NCM，石墨/石墨，硅碳/硅碳)组成的对称电池，也为分析锂离子电池电化学过程提供了另一种有效的补充手段，传统的NCM/石墨电池中获得的正负电极是交叉匹配的，在长期的性能衰减过程中正负极会出现“互扰”行为，包括NCM中的过渡金属氧化物溶解并沉积到负极界面，加速电池容量的衰减，正极表面产生的气体也可以在负极表面被消耗等，对称电池选用同一种电极为正负极，可以有效避免和解释传统锂离子电池的互扰行为，了解每一个电极的电化学行为；因此，将参比电极组装到对称电池，是一种非常有效的锂离子电池分析技术方法。申请号为201810142740.7的专利提出了一种采用对称电池评价锂离子电池的电池材料的方法，制备锂离子扣式对称电池，用于分析锂离子电池材料的性能，但是该方案采用的是扣式对称电池，所利用的极片面积有限，结果准确性低，由于电池中缺乏参比电极，无法监测电极电位，存在一定的技术局限性。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种利用对称电池评估锂离子电池性能的方法，采用含有参比电极的软包装对称电池，分析了高比能锂离子动力电池NCM正极和硅碳复合负极的在不同条件下的开路电压和阻抗特性，为电池失效机理分析提供重要的数据支持，有利于进一步确认电池失效机理。本专利技术的具体技术方案为：一种利用对称电池评估锂离子电池性能的方法，所述对称电池包括参比电极、高聚物隔膜、铝塑膜、待测电极、电解液，所述参比电极位于所述高聚物隔膜内部中间位置，所述高聚物隔膜由所述铝塑膜包覆，且所述高聚物隔膜位于所述铝塑膜内部中间位置，所述待测电极位于所述铝塑膜两侧，所述电解液位于所述高聚物隔膜内；所述评估锂离子电池的方法包括如下步骤：1)组装软包锂离子电池并进行活化处理；2)将步骤1所述电池分成两组，一组进行循环老化测试；3)常温下在充满惰性气体的密闭容器内拆解步骤1所述电池，取出正负极片用DMC溶剂冲洗，干燥，作为待测试电极用于组装对称电池；4)制备参比电极；5)在充满惰性气体的密闭容器中组装对称电池，注入电解液并封口，然后将电池用夹板固定；6)采用电化学测量系统测试待测电极的交流阻抗。本专利技术中组装软包锂离子电池并进行活化处理，将电池以0.2C小电流调整至所需要的SOC，静置20-25小时以获得目标SOC值；步骤2中，分组进行循环老化测试以测试循环前后待测电极阻抗值变化，从而评估电池性能。本专利技术对于相同的工作电极采用对称电池测量的单位面积阻抗值低于常规的扣式半电池，其原因主要是扣式半电池金属锂对电极导电性较差，在组装过程中由于接触压力不均衡易引起电流分布不均匀，导致过电势使测量结果偏大；软包锂离子对称电池由于测量面积大，通过施加外加压力保持极片与隔膜之间接触性良好，同时避免了正负极之间的串扰行为，所测得阻抗数据较低，能够更好的反映极片的真实阻抗值。作为优选，所述待测电极为同一种电极，以组装对称电池。作为优选，所述参比电极的负极活性物质为化学还原钛酸锂。与常规锂金属电极相比，化学还原钛酸锂参比电极具有体积零应变性，抗压能力好，在充放电过程中电压平台非常平坦，且电极面积可控，非常适合作为参比电极。作为优选，所述待测电极长度为9-12毫米，宽度为5-8毫米；所述参比电极的长宽比与所述待测电极相同，从而避免在电化学阻抗谱中引起伪影。作为优选，所述夹板厚度为4-6毫米，外加压力为20-40Psi，以提高测试系统的机械稳定性，通过夹具施加一定的外压使得电池内部具有良好的接触性，降低电池内部电阻，减少测量误差。作为优选，所述夹板材质为环氧板、亚克力板、PP板和钢板中的一种。作为优选，所述步骤6待测电极交流阻抗的测试，施加的电压振幅为5mV，频率范围为0.01Hz-100kHz。作为优选，所述参比电极的制备方法为：首先将金属锂和萘加入四氢呋喃中搅拌，得到萘锂溶液，然后向所述萘锂溶液中加入钛酸锂粉末，搅拌形成化学还原的Li7Ti5O12和Li4Ti5O12的混合物，将所述混合物过滤并干燥得到化学还原钛酸锂粉末；将所述粉末与聚偏氟乙烯溶液混合得到混合浆料，将镍网浸入所述混合浆料中，使镍网表面涂满混合浆料，最后，将镍网进行干燥处理。作为优选，所述金属锂、萘的物质的量比为0.5-1.0:0.6-1.2，四氢呋喃的体积为80-100mL。作为优选，所述镍网厚度为50-90微米，孔径比为60-75％，浆料涂覆量为20-45mg/m2。与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：本专利技术制备的含有参比电极的对称锂离子电池，能够更好得反映锂离子电池极片的电化学性能包括真实阻抗和开路电位，适用于目前所有的锂离子电池体系分析，开发成本低，具有重要的技术价值。附图说明图1是含有参比电极软包对称电池结构示意图；图2是利用对称电池和扣式半电池测量阻抗结果(NCM811正极)；图3是利用对称电池和扣式半电池测量阻抗结果(硅碳负极)；附图标记为：参比电极1、高聚物隔膜2、铝塑膜3、待测电极4。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述。在本专利技术中所涉及的原料、设备，若无特指，均为本领域的常用原料、设备；本专利技术中所用方法，若无特指，均为本领域的常规方法；本专利技术中所用试剂均为锂电池级。符号说明：Psi:Poundspersquareinch，磅/平方英寸，一种常用的压力计量单位，1psi＝6895帕斯卡。实施例1一种利用对称电池评估锂离子电池性能的方法，所述对称电池包括参比电极1、高聚物隔膜2、铝塑膜3、待测电极4、电解液，所述参比电极1位于所述高聚物隔膜2内部中间位置，所述高聚物隔膜2由所述铝塑膜3包覆，且所述高聚物隔膜2位于所述铝塑膜3内部中间位置，所述待测电极4位于所述铝塑膜3两侧，所述电解液位于所述高聚物隔膜2内；具体包括以下步骤：1)组装软包锂离子电池并进行活化处理：软包锂离子动力电池，常温1C倍率放电容量6Ah，采用叠片结构，正极片由质量比90％的NCM811、5％的PVDF粘结剂和5％的导电碳黑混合均匀后涂在厚度为12微米厚的铝箔上制备而成。负极片由质量比90％的硅碳复合材料、5％的CMC粘结剂和5％的导电碳黑混合均匀后涂在厚度为10微米的铜箔上制备得到；电解液体系为在EC:EMC体积比为3:7的溶剂中添加1mol/L的LiPF本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用对称电池评估锂离子电池性能的方法，其特征在于：所述对称电池包括参比电极（1）、高聚物隔膜（2）、铝塑膜（3）、待测电极（4）、电解液，所述参比电极（1）位于所述高聚物隔膜（2）内部中间位置，所述高聚物隔膜（2）由所述铝塑膜（3）包覆，且所述高聚物隔膜（2）位于所述铝塑膜（3）内部中间位置，所述待测电极（4）位于所述铝塑膜（3）两侧，所述电解液位于所述高聚物隔膜（2）内；所述评估锂离子电池的方法包括如下步骤：/n1）组装软包锂离子电池并进行活化处理；/n2）将步骤1所述电池分成两组，一组进行循环老化测试；/n3）常温下在充满惰性气体的密闭容器内拆解步骤1所述电池，取出正负极片用DMC溶剂冲洗，干燥，作为待测试电极用于组装对称电池；/n4）制备参比电极；/n5）在充满惰性气体的密闭容器中组装对称电池，注入电解液并封口，然后将电池用夹板固定；/n6）采用电化学测量系统测试待测电极的交流阻抗。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用对称电池评估锂离子电池性能的方法，其特征在于：所述对称电池包括参比电极（1）、高聚物隔膜（2）、铝塑膜（3）、待测电极（4）、电解液，所述参比电极（1）位于所述高聚物隔膜（2）内部中间位置，所述高聚物隔膜（2）由所述铝塑膜（3）包覆，且所述高聚物隔膜（2）位于所述铝塑膜（3）内部中间位置，所述待测电极（4）位于所述铝塑膜（3）两侧，所述电解液位于所述高聚物隔膜（2）内；所述评估锂离子电池的方法包括如下步骤：
1）组装软包锂离子电池并进行活化处理；
2）将步骤1所述电池分成两组，一组进行循环老化测试；
3）常温下在充满惰性气体的密闭容器内拆解步骤1所述电池，取出正负极片用DMC溶剂冲洗，干燥，作为待测试电极用于组装对称电池；
4）制备参比电极；
5）在充满惰性气体的密闭容器中组装对称电池，注入电解液并封口，然后将电池用夹板固定；
6）采用电化学测量系统测试待测电极的交流阻抗。


2.如权利要求1所述的一种利用对称电池评估锂离子电池性能的方法，其特征在于，所述待测电极为同一种电极。


3.如权利要求1所述的一种利用对称电池评估锂离子电池性能的方法，其特征在于，所述参比电极的负极活性物质为化学还原钛酸锂。


4.如权利要求1所述的一种利用对称电池评估锂离子电池性能的方法，其特征在于，所述待测电极长度为9-12毫米，宽度为5-8毫米；所述参比电极的长宽比与所述待测电极相同。

【专利技术属性】
技术研发人员：宫娇娇，黄建根，高明霞，许梦清，
申请(专利权)人：万向一二三股份公司，万向集团公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33