一种检测锂离子电极表面死锂的方法技术

本发明专利技术公开了一种检测锂离子电极表面死锂的方法，包括以下步骤：绘制金属锂质量与熔化吸热量关系标准曲线图，并拟合得到金属锂质量与熔化吸热量的直线方程式；对待测电池负极进行预处理；测定待测电池负极的熔化吸热量，并根据金属锂质量与熔化吸热量的直线方程式计算得到死锂的质量，该质量与电池负极的总质量比值即为电池负极中死锂的含量。本发明专利技术用简单的DSC测试仪器即可较为精确的测得电池负极中死锂的含量，且本发明专利技术所述的测试方法简单，检测时间短，成本较低，且该检测方法受环境的干扰小，测量的准确性和重复性较高。测量的准确性和重复性较高。

【技术实现步骤摘要】
一种检测锂离子电极表面死锂的方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种检测锂离子电极表面死锂的方法。

技术介绍

[0002]随着新材料、新能源的迅速发展，对锂离子电池应用环境提出了新要求，如大电流、深度放电等滥用条件下的长寿命循环，极端天气下的低温性能，避免锂枝晶及死锂的产生，是现阶段研究中的关键。
[0003]当我们关注负极的时候，这些枝晶、突起，还有SEI膜等词汇会经常被提及，这是因为这些都可以看作是锂离子电池负极表面的不同形式的副反应产物。通常来说，负极表面电位较低，加上极化的存在，使得容易达到电解液还原电位甚至是锂金属析出电位，从而在表面形成一层有机或无机锂化合物(SEI层)与锂枝晶的混合物。
[0004]研究过程中，由于产生的枝晶锂含量的不确定，从而无法直观的知道电池性能衰减与枝晶锂含量的准确关系。我们知道，锂金属质量轻、极易与空气中的水、氧和氮反应，常规的量化检测手段，如EDS、ICP等都无法对其精确定量，因此，如何对电极材料中的金属锂进行定量测量，一直是一个难题。

技术实现思路

[0005]基于上述技术背景，本专利技术人进行了锐意进取，结果发现：对不同质量的金属锂进行DSC测试，并对不同质量金属锂的吸热峰进行积分得到熔化吸热量，绘制金属锂质量-熔化吸热量曲线，对该曲线拟合得到质量-熔化吸热量直线方程，然后将预处理后的电池负极进行DSC测试，积分得到其熔化吸热量，代入拟合得到的质量-熔化吸热量直线方程中，计算得到电池负极死锂的质量，该质量与电池负极中活性物质的比值即为电池负极中死锂的含量。本专利技术用简单的DSC测试仪器即可较为精确的测得电池负极中死锂的含量，且本专利技术所述的测试方法简单，检测时间短，成本较低，同时该检测方法受环境的干扰小，测量的准确性和重复性较高。
[0006]本专利技术提供了一种检测锂离子电极表面死锂的方法，所述方法通过差示扫描量热仪分析金属锂质量与其熔化吸热量之间的关系进行。
[0007]具体而言，其包括以下步骤：
[0008]步骤1、绘制金属锂质量与熔化吸热量关系标准曲线图；
[0009]步骤2、对待测电池负极进行预处理；
[0010]步骤3、测量待测样品的熔化吸热量，并根据标准工作曲线计算待测样品中的死锂含量。
[0011]本专利技术提供的检测锂离子电极表面死锂的方法具有以下优势：
[0012](1)本专利技术所述锂离子电极表面死锂的检测方法简单，测试仪器常规，成本较低；
[0013](2)本专利技术所述锂离子电极表面死锂的检测方法准确性和重复性高；
[0014](3)本专利技术所述锂离子电极表面死锂的检测方法的检测限较低，可测量的死锂含
量范围较大。
附图说明
[0015]图1示出本专利技术实施例1对不同质量金属锂进行DSC测试的谱图；
[0016]图2示出本专利技术实施例1得到的不同质量金属锂与熔化吸热量的拟合直线示意图；
[0017]图3示出本专利技术实施例2和实施例3中待测电池电极的DSC测试谱图；
[0018]图4示出本专利技术对比例1和对比例2中待测电池电极的DSC测试谱图。
具体实施方式
[0019]下面将对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0020]在本专利技术中，所述死锂即为锂离子电池电极表面的副反应产物，是在后续循环过程中不可逆、无法贡献容量的单质锂，例如枝晶锂。
[0021]本专利技术提供了一种检测锂离子电极表面死锂的方法，所述方法通过差示扫描量热仪分析金属锂质量与其熔化吸热量之间的关系进行。
[0022]具体而言，其包括以下步骤：
[0023]步骤1、绘制金属锂质量与熔化吸热量关系标准曲线图；
[0024]步骤2、对待测电池负极进行预处理；
[0025]步骤3、测定待测电池负极的熔化吸热量，并根据标准工作曲线计算待测样品中的死锂含量。
[0026]以下对该步骤进行具体描述和说明。
[0027]步骤1、绘制金属锂质量与熔化吸热量关系标准曲线图。
[0028]在锂电池的使用过程中，大电流、深度放电等滥用条件下会导致死锂的产生，从而对电池的后续使用产生不良的影响。为准确的知道电池性能衰减与死锂含量的准确关系，从而为电池的后续研究奠定基础。
[0029]在本专利技术中，死锂为在后续循环过程中不可逆、无法贡献容量的单质锂。对纯金属锂进行DSC测试，发现金属锂在180℃附近存在吸热尖峰，对电池负极表面的物质进行DSC测试，在测试谱图中180℃左右同样存在吸热尖峰，由此可以合理推测该吸热尖峰即为电池负极表面死锂产生的吸热尖峰。从而通过金属锂与熔化吸热量之间的关系对电池负极表面死锂含量进行定量检测，由此可准确测试负极表面产生的死锂含量。
[0030]具体而言，本专利技术所述步骤1包括以下子步骤：
[0031]步骤1-1、将不同质量的金属锂进行DSC测试；
[0032]为消除不同DSC测试仪器可能产生的测试误差，本专利技术人用DSC测试仪器对不同质量的金属锂进行DSC测试，以获得不同质量金属锂与吸热峰面积的关系式，为后续电极表面死锂的定量测试提供理论公式。
[0033]将金属锂放入坩埚中置于DSC测试仪器中进行测试，所述测试氛围为惰性气体。
[0034]所述DSC的测试温度范围为10～500℃，优选为20～400℃，更优选为25～350℃。
[0035]DSC的升温速率为5～15℃/min，优选地，所述DSC的升温速率为10℃/min。
[0036]金属锂质量的测试范围为0.05～6mg，优选为0.05～5.7mg，更优选为0.05～
2.4mg。
[0037]在本专利技术中，测试5～15个不同的金属锂质量，优选为测试7～12个，更优选为8～10个。不同的金属锂质量测试越多，拟合得到的关系式越准确，经试验发现，当不同的金属锂质量设置为5～15个时，可在减少工作量和缩短工作时间的基础上，提高金属锂质量与熔化吸热量关系式的拟合精度，进而提高死锂含量的测量准确度。
[0038]步骤1-2、对金属锂质量与熔化吸热量关系曲线图进行拟合，得到金属锂质量与熔化吸热量关系式。
[0039]通过DSC测试得到锂金属不同质量的DSC谱图，对该谱图180℃左右的吸热尖峰面积进行积分得到熔化吸热量。绘制不同质量的金属锂与得到的熔化吸热量关系曲线，并对该关系曲线进行拟合，得到金属锂质量与熔化吸热量的关系式。
[0040]经过拟合可得不同质量的金属锂与得到的熔化吸热量关系曲线近似为一条直线，对其进行拟合，得到拟合直线的斜率为k。
[0041]在本专利技术一种优选地实施方式中，所述金属锂质量与熔化吸热量的关系式为：y＝kx。
[0042]其中，y表示经积分得到的金属锂的熔化吸热焓值，单位为J，x表示金属锂的质量，单位为g，k为拟合直线的斜率，其单位为J/g。所述k值的大小与DSC测试仪器型号、金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种检测锂离子电极表面死锂的方法，其特征在于，所述方法通过差示扫描量热仪分析金属锂质量与其熔化吸热量之间的关系进行。2.一种检测锂离子电极表面死锂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、绘制金属锂质量与熔化吸热量关系标准曲线图；步骤2、对待测电池电极进行预处理；步骤3、测量待测样品的熔化吸热量，并根据标准工作曲线计算待测样品中的死锂含量。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中包括以下子步骤：步骤1-1、将不同质量的金属锂进行DSC测试；步骤1-2、对金属锂质量与熔化吸热量关系曲线图进行拟合，得到金属锂质量与熔化吸热量关系式。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1-1中，DSC的测试温度范围为10～500℃；升温速率为5～15℃/min；金属锂质量的测试范围为0.05～6mg，测试5～15个不同的金属锂质量，并分别对其进行DSC测试。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1-2中，所述金属锂质量与熔化吸热量的关系式为：y＝kx；其中，y表示经积...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱新平，徐涵颖，韩策，李杰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：