一种电池正极材料稳定性的评估方法技术

本发明专利技术属于电池材料性能测试技术领域，具体涉及一种电池正极材料稳定性的评估方法。本发明专利技术提供的评估方法，以正参电位变化率为评估指标，具备对正极材料快速性评估和综合性评估的特点，区别于现有的仅基于材料层级的单一评估，或基于电池层级的综合性长循环评估。相较于材料层级评估，本发明专利技术兼具综合性考虑的同时，还具有较高的评估准确性；相较于电池层级的评估，本方法在兼顾对材料的综合性评估前提下，在无需借助价格昂贵的仪器设备的前提下，可在较短时间内准确地评估出多款正极材料的循环性能的差异。循环性能的差异。循环性能的差异。

【技术实现步骤摘要】
一种电池正极材料稳定性的评估方法


[0001]本专利技术属于电池材料性能测试
，具体涉及一种电池正极材料稳定性的评估方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池因具有较高的能量密度和较长的循环寿命，被大量应用于手机、平板电脑以及动力设备。锂离子电池的循环性能是其使用寿命及保值能力的关键。而正极材料性能是影响锂离子电池循环稳定性的关键所在，如正极材料的晶体结构、掺杂包覆、结构缺陷，以及材料制备过程中的残碱、材料的晶粒分布和一次粒径等都会直接影响正极材料的性能。但是，目前各公司提供的正极材料良莠不齐，就需要预先筛选出性能可靠的正极材料。
[0003]现有技术中电池材料性能的评估方法主要有：一是，基于材料或极片层级，探讨材料某些或某种特性，缺乏对电池整体性能的评估，评估全面性及准确性较低；二是，基于电池进行较长的循环，对比多款材料循环过程中的容量衰减，该方法虽比较综合，评估准确性较高，但长期循环耗时较大，评估速度较慢，对资源耗费较高。例如，目前评测三元正极材料需要循环大于1000次，约4个月。然而，在锂离子电池高速更新迭代的背景下，对正极材料性能进行快速的评价意味着产品能否抢占市场先机。因此，开发可靠而迅速的正极材料评估方法至关重要。例如，现有技术中还存在一种dQ/dV的测试方法，但是该方法需依靠超高精度库伦仪(UHPC)进行测试，尽管可将循环次数减少至200次以内，但循环所使用的倍率较小，实际耗时也相对较长，并且该设备价格昂贵，不具有普及性。
[0004]有鉴于此，亟待开发一种可在短期循环内，基于电池层级，不需要昂贵的仪器设备对电池正极材料在循环中的稳定性进行评估的方法。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的正极材料的测试方法测试时间较长、需要依赖昂贵的仪器设备等缺陷，从而提供一种电池正极材料稳定性的评估方法。
[0006]本专利技术的测试原理为：理想情况下，在电池中，充电过程中在正极脱出的锂离子，应在放电过程中全部回嵌入正极。由于正极材料的不可逆相变及各向异性的体积膨胀导致正极材料活性位点减少，导致嵌入负极的Li离子在放电过程中无法回嵌正极，表现为正极电位的改变。
[0007]本专利技术就是利用正极电位随循环过程改变的这一现象，通过三电极电池，监测循环过程中正极对参比电极的电位(下文简称：正参电位)变化。一般，结构稳定、循环性能良好的正极材料在循环过程中，正参电位的波动性较小；结构稳定性差、循环性能较差的正极材料在循环过程中由于结构坍塌或不可逆相变较多，导致正参电位变化较大。从而，通过对比相同循环次数下正参电位的变化率，可确定正极材料在循环过程中的稳定性，优选的，通
过对比相同循环次数下100％SoC(电池的荷电状态)满充电池状态下正参电位的变化率，这是因为，满充时，正极电位高，存在一个极大值，容易确定和准确对比。
[0008]为此，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]本专利技术提供一种电池正极材料稳定性的评估方法，包括以下步骤：
[0010]S1，将待测正极材料制备成三电极电池；
[0011]具体地，三电极电池的制备方法为领域内的标准方法，可参照专利CN107293778A、CN108987836A、CN108630980A、CN203562453U。典型非限定性的，所述三电极电池的制作是将铜丝置于电池的正极和负极间，并用隔膜隔开，将铜丝引出电池，作为一极，然后对正极/铜丝电极对进行恒流充电(铜丝做为负极，电流0.1mA或其他)，至电压为0V停止(例如：0.1mA充电2h)。然后对负极/铜丝电极对进行恒流充电(铜丝做为负极，电流0.1mA或其他)，至电压为0V停止(例如：0.1mA充电2h)，获得三电极电池；上述铜丝还可以是多孔锂箔、锂带等锂金属电极(应用锂金属参比电极时不需要对参比电极充电，制作完成后即为三电极电池)。
[0012]S2，按照三电极电池设计要求及评估要求设置循环参数，对三电极电池进行循环，监测正参电位；
[0013]具体地，循环参数设置是根据所评测材料及电池设计需求(满足快充或者长寿命等)确定的，实验目标不同，参数不同，本领域技术人员可以随待评测电池的使用目的决定。
[0014]S3，以正参电位为纵坐标，循环次数为横坐标进行作图，对比相同循环次数时待测正极材料的正参电位相比于初始状态的变化率，确定正极材料的循环稳定性。
[0015]具体地，初始正参电位是V0，循环到某圈后正参电位是V
x
，变化率(正参电位变化率)＝(V
x
‑
V0)/V0。
[0016]可选的，步骤S2中的循环参数包括：测试温度，循环电压，循环倍率，循环圈数。
[0017]可选的，所述测试可以为恒温测试也可以为变温测试，测试温度介于
‑
20℃至60℃之间。可选的，所述测试温度为30℃至55℃，优选的，测试温度在45℃为宜。
[0018]可选的，所述循环电压为放电截止电压～充电截止电压V；例如磷酸铁锂电池循环电压是2.5
‑
3.65V；NCM电池的循环电压是2.8
‑
4.35V。
[0019]可选的，所述循环圈数≤500；可选的，循环圈数为100
‑
350圈。
[0020]可选的，步骤S1中，三电极电池的参比电极为本领域的常规残币电极，典型非限定性的，所述残币电极可以是铜丝，进行镀锂，还可以是直接植入的多孔锂箔、锂带等锂金属电极。
[0021]可选的，所述正极材料为二元正极材料，三元正极材料或磷酸铁锂正极材料。其中，所述二元正极材料为镍锰基材料中的至少一种；所述三元正极材料为镍钴锰基、镍铝钴基、镍镁锰基中的至少一种。
[0022]对于具体三电极电池的制备方法为本领域的常规方法，典型非限定性的，可参照可参照专利CN107293778A、CN108987836A、CN108630980A、CN203562453U，只要保证待测正极材料所制备出的三电极电池除正极材料本身不同外，其他参数均相同即可(包括但不限于：匀浆、涂布、电解液、隔膜、负极等)。
[0023]典型非限定性的，所述三电极电池的正极包括集流体和涂覆在集流体上的正极活性材料，所述正极活性材料选自磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、镍锰酸锂材料、镍酸锂材料、钴酸锂
材料、镍钴酸锂材料、镍锰钴酸锂材料中的至少一种。涂覆的工艺可以采用现有的涂布和冷压工艺。具体地，将正极活性物质、导电剂、粘结剂按照常规比例混合均匀并加入到溶剂中，制成正极浆料；将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔上，烘干后冷压，再进行模切、分条，制成正极片。其中该正极浆料的固含量可以为70
‑
75％，导电剂可以为常规导电剂，例如乙炔黑，粘结剂可以为常规粘结剂，例如丁苯橡胶或偏氟乙烯PVDF，溶剂可采用常规有机溶剂，例如N
‑
甲基吡咯烷酮NMP。
[0024]所述三电极电池的负极包括集流体和涂覆在集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池正极材料稳定性的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将待测正极材料制备成三电极电池；S2，按照三电极电池设计要求及评估要求设置循环参数，对三电极电池进行循环，监测正参电位；S3，以正参电位为纵坐标，循环次数为横坐标进行作图，在循环次数一致的前提下对比待测正极材料的正参电位相比于初始状态的变化率，确定正极材料的循环稳定性。2.根据权利要求1所述的电池正极材料稳定性的评估方法，其特征在于，步骤S2中的循环参数包括：测试温度，循环电压，循环倍率，循环圈数。3.根据权利要求2所述的电池正极材料稳定性的评估方法，其特征在于，所述测试温度为
‑
20℃至60℃。4.根据权利要求3所述的电池正极材料稳定性的评估方法，其特征在于，所述测试温度为30℃至55℃；可选的，所述测试温度为45℃。5.根据权利要求2所述的电池正极材料稳定性的评估方法，其特征在于，所述循环圈数≤500。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋栋，黄本赫，于奥，张要军，何见超，高飞，杨红新，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：