一种锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法，包括：步骤S1，分析获得待测电极材料电池体系的电极材料发生循环衰减的特征SOC区间，并确定加速测试SOC区间；步骤S2，分别对待测电极材料电池和参比电极材料电池在加速测试SOC区间内进行加速循环测试，获得电池的加速循环容量保持率曲线；步骤S3，将待测电极材料电池和参比电极材料电池的加速循环容量保持率曲线进行对比，判断待测电极材料电池循环性能相对于参比电极材料电池以及待测电极材料循环性能相对于参比电极材料的优劣。本发明专利技术用于加速评测不同电极材料的循环性能，能够准确可靠、快速地筛选出性能优异的电极材料用于电池体系设计，提高研发效率。提高研发效率。提高研发效率。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池性能测试
，特别是涉及一种锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池因具有能量密度高、循环性能好、绿色无污染等优点，已被广泛应用于数码产品、电动汽车及储能领域。
[0003]在锂离子电池产品开发过程中，通常需要通过大量的实验来筛选出可满足客户使用需求的电池材料体系，电池材料体系包括正极、负极、电解液、隔膜等关键组成材料。而在对不同材料的性能进行对比分析时，通常需要先制作电池，然后再进行相应项目的测试和表征，而其中关于材料的循环性能测试是最耗时的测试项目，严重影响了锂离子电池体系及电池产品开发的整体进度。
[0004]因此，如何加快对电池循环性能的评估，寻找合理有效的循环测评方法，已成为锂离子电池行业亟待解决的关键技术问题。
[0005]目前，在锂离子电池的电极材料(包括正极材料或负极材料)循环性能的加速测评领域，主要通过改变电池温度、压力、电压、电流等应力条件，来对电池进行循环性能加速测试，但是，这些应力的改变可能会导致锂离子电池材料体系所发生的化学及电化学反应与实际循环制式下发生的衰减反应不一致，进而导致加速测试的结果与电池的实际循环性能偏差较大。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法。
[0007]为此，本专利技术提供了一种锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法，其包括以下步骤：
[0008]步骤S1，对于具有待测电极材料的待测电极材料电池，预先选取与待测电极材料电池相同电池体系的循环优电极材料电池和循环差电极材料电池，分析获得待测电极材料电池体系的电极材料发生循环衰减的特征SOC区间，并确定加速测试SOC区间；
[0009]步骤S2，以循环优电极材料电池作为参比电极材料电池，然后分别对待测电极材料电池和参比电极材料电池在第一步获得的加速测试SOC区间内进行加速循环测试，对应获得待测电极材料电池和参比电极材料电池的加速循环容量保持率曲线；
[0010]步骤S3，通过将待测电极材料电池的加速循环容量保持率曲线和参比电极材料电池的加速循环容量保持率曲线进行对比，判断待测电极材料电池循环性能相对于参比电极材料电池循环性能的优劣，以及待测电极材料循环性能相对于参比电极材料循环性能的优劣。
[0011]由以上本专利技术提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本专利技术提供了一种锂离
子电池电极材料循环性能的加速测评方法，其设计科学，适用于锂离子电池产品开发中，用于加速评测不同电极材料(包括正极材料或负极材料)的循环性能，能够准确可靠、快速地筛选出性能优异的电极材料用于电池体系设计，可有效缩短电池体系及产品开发周期，提高研发效率，具有良好的应用前景及推广价值。
[0012]对于本专利技术，首先对待测电极材料发生循环衰减的特征SOC区间进行分析，以确定加速测试SOC区间，以实际循环制式对待测电极材料电池及参比电极材料电池进行加速循环测试，并在加速循环的不同阶段以实际循环制式测得电池的充电和放电容量，用于容量保持率的计算，进一步通过待测电极材料电池及参比电极材料电池的容量保持率对循环次数曲线的对比，判断待测电极材料电池的循环性能相对于参比电极材料电池的优劣。
[0013]本专利技术提供的方法，由于限定在电极材料的特征衰减区间内进行加速循环分析，相比于全SOC的循环测试，可大大缩短对电极材料循环性能的评测周期，提高研发效率。
附图说明
[0014]图1为本专利技术提供的一种锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法的流程图；
[0015]图2为本专利技术提供的一种锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法，在实施例1中待测负极材料电池体系的负极材料循环衰减的特征SOC区间分析曲线示意图；
[0016]图3为本专利技术提供的一种锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法，在实施例1中的待测负极材料电池和参比负极材料电池的加速循环容量保持率曲线示意图；
[0017]图4为本专利技术提供的一种锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法，在实施例1中的待测负极材料电池与参比负极材料电池的实际循环结果(即实际循环性能曲线)对比示意图；
[0018]图5为本专利技术提供的一种锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法，在实施例2中待测正极材料电池体系的正极材料循环衰减的特征SOC区间分析曲线示意图；
[0019]图6为本专利技术提供的一种锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法，在实施例2中的待测正极材料电池和参比正极材料电池的加速循环容量保持率曲线示意图；
[0020]图7为本专利技术提供的一种锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法，在实施例2中的待测正极材料电池与参比正极材料电池的实际循环结果(即实际循环性能曲线)对比示意图。
具体实施方式
[0021]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。
[0022]参见图1至图7，本专利技术提供了一种锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法，包括以下步骤：
[0023]步骤S1，对于具有待测电极材料的待测电极材料电池，预先选取与待测电极材料电池相同电池体系的循环优电极材料电池和循环差电极材料电池，分析获得待测电极材料电池体系的电极材料发生循环衰减的特征SOC(即容量保持率，也叫荷电状态)区间，并确定加速测试SOC区间；
[0024]步骤S2，以循环优电极材料电池作为参比电极材料电池，然后分别对待测电极材料电池和参比电极材料电池在第一步获得的加速测试SOC区间内进行加速循环测试，对应获得待测电极材料电池和参比电极材料电池的加速循环容量保持率曲线；
[0025]步骤S3，通过将待测电极材料电池的加速循环容量保持率曲线和参比电极材料电池的加速循环容量保持率曲线进行对比，判断待测电极材料电池循环性能相对于参比电极材料电池循环性能的优劣，以及待测电极材料循环性能相对于参比电极材料循环性能的优劣。
[0026]在本专利技术中，具体实现上，待测电极材料，包括待测正极材料或待测负极材料；
[0027]在本专利技术中，具体实现上，待测电极材料电池，包括待测正极材料电池或待测负极材料电池；
[0028]参比电极材料电池，包括参比正极材料电池或参比负极材料电池；
[0029]当待测电极材料电池是待测正极材料电池时，对应的参比电极材料电池是参比正极材料电池；
[0030]当待测电极材料电池是待测负极材料电池时，对应的参比电极材料电池是参比负极材料电池。
[0031]对于本专利技术，步骤S1的工作原理为：步骤S1是借助已知循环性能具有显著差异的正极或负极材料电池进行对比分析，从而获得对应的正极或负极衰减的特征SOC区间。
[0032]在本专利技术中，具体实现上，所述步骤S1，具体包括以下操作，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，对于具有待测电极材料的待测电极材料电池，预先选取与待测电极材料电池相同电池体系的循环优电极材料电池和循环差电极材料电池，分析获得待测电极材料电池体系的电极材料发生循环衰减的特征SOC区间，并确定加速测试SOC区间；步骤S2，以循环优电极材料电池作为参比电极材料电池，然后分别对待测电极材料电池和参比电极材料电池在第一步获得的加速测试SOC区间内进行加速循环测试，对应获得待测电极材料电池和参比电极材料电池的加速循环容量保持率曲线；步骤S3，通过将待测电极材料电池的加速循环容量保持率曲线和参比电极材料电池的加速循环容量保持率曲线进行对比，判断待测电极材料电池循环性能相对于参比电极材料电池循环性能的优劣，以及待测电极材料循环性能相对于参比电极材料循环性能的优劣。2.如权利要求1所述的锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法，其特征在于，所述步骤S1，具体包括以下操作，步骤S11，对于已知循环性能优劣的两种电极材料电池进行对比测试：选取与待测电极材料电池相同电池体系的一个循环优电极材料电池和一个循环差电极材料电池，分别进行预设的充放电循环操作，实时采集循环优电极材料电池和循环差电极材料电池的电池电压V以及充电容量Q；步骤S12，对于循环优电极材料电池和循环差电极材料电池，分别将充电容量Q对电池的充电电压V进行微分处理，获得循环优电极材料电池和循环差电极材料电池的dQ/dV；步骤S13，对于循环优电极材料电池和循环差电极材料电池，分别以dQ/dV作为纵坐标，以电池在充电过程中实时的荷电状态SOC为横坐标，在一个图中绘制获得两者的容量增量曲线；步骤S14，以循环优电极材料电池的容量增量曲线为参比曲线，将循环差电极材料电池的容量增量曲线与参比曲线进行对比，根据预设特征SOC区间确定操作，在循环优电极材料电池和循环差电极材料电池这两个电池的容量增量曲线中，确定循环差电极材料电池体系的电极材料发生循环衰减的特征SOC区间；循环差电极材料电池体系，等同于待测电极材料电池体系；循环差电极材料电池体系的电极材料发生循环衰减的特征SOC区间，即为待测电极材料电池体系的电极材料发生循环衰减的特征SOC区间；循环差电极材料电池体系的电极材料发生循环衰减的特征SOC区间，包括下限值SOC
L
及上限值SOC
U
；步骤S15，根据待测电极材料电池体系的电极材料发生循环衰减的特征SOC区间，确定加速测试SOC区间；加速测试SOC区间包括下限值SOC
CL
及上限值SOC
CU
；其中，加速测试SOC区间，其包含全部的所述待测电极材料电池体系的电极材料发生循环衰减的特征SOC区间，或者包含部分的所述待测电极材料电池体系的电极材料发生循环衰减的特征SOC区间；在本发明中，在步骤S14中，预设特征SOC区间确定操作，包括如下步骤：首先，在循环优电极材料电池和循环差电极材料电池的容量增量(IC)曲线上，通过将两个曲线的波峰逐个一一对比，确定其中发生波峰的峰值显著降低的波峰，或既发生波峰的峰值显著降低，又发生波峰的峰位显著偏移的波峰，然后作为循环衰减的特征峰；
波峰的峰值显著降低，指的是波峰的峰值降低比例大于或者等于预设峰值降低值；波峰的峰位显著偏移，指的是波峰的峰位对应SOC偏移幅度大于或者等于预设峰位偏移值；然后，将循环衰减的特征峰的起始位置和结束位置对应的SOC区间，作为特征SOC区间。3.如权利要求2所述的锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法，其特征在于，在步骤S11中，待测电极材料电池，是采用待测电极材料制备的电池；待测电极材料电池，包括待测正极材料电池或待测负极材料电池；参比电极材料电池，包括参比正极材料电池或参比负极材料电池；当待测电极材料电池是待测正极材料电池时，对应的参比电极材料电池是参比正极材料电池；当待测电极材料电池是待测负极材料电池时，对应的参比电极材料电池是参比负极材料电池；在步骤S11中，待测电极材料电池和参比电极材料电池，是除了负极材料或者正极材料不同之外，其他电池组成部分完全相同的两个电池；在步骤S11中，循环优电极材料电池和循环差电极材料电池，两者的电池容量保持率的差值，大于预设值；在步骤S15中，加速测试SOC区间的下限值SOC
CL
＝SOC
L
±
10％，加速测试SOC区间的上限值SOC
CU
＝SOC
U
±
10％；在步骤S11中，预设的充放电循环操作，包括一次放电操作和一次充电操作，具体为：先以预设大小的充电电流恒流充电至预设充电上限电压，然后，再以预设大小的放电电流恒流放电至预设放电下限电压。4.如权利要求1所述的锂离子电池电极材料循环性能的加速测评方法，其特征在于，在步骤S2中，以循环优电极材料电池作为参比电极材料电池，然后对待测电极材料电池在第一步获得的加速测试SOC区间内进行加速循环测试，对应获得待测电极材料电池的加速循环容量保持率曲线，具体包括以下步骤：步骤S21A，以参比电极材料电池具有的实际循环制式，对待测电极材料电池进行预设多次的充放电循环操作，并将最后一次充放电循环操作时获得的电池充电容量和放电容量作为待测电极材料电池的初始充电容量C0和初始放电容量D0；步骤S22A，以参比电极材料电池具有的实际循环制式为加速循环制式，对待测电极材料电池依次进行多个阶段的加速循环测试，并且在每个阶段的加速循环测试后，获取待测电极材料电池的充电容量以及放电容量，并记录每个阶段的加速循环测试结束时对应的加速循环总次数；步骤S23A，根据待测电极材料电池在每个阶段的加速循...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧芳，韩江浩，周波，史海军，许刚，
申请(专利权)人：天津力神电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：