一种锂硫软包电池失效分析的方法技术

本发明专利技术属于锂硫电池技术领域，涉及一种锂硫软包电池失效分析的方法。本发明专利技术采用了一种原位和非原位相结合的方法对锂硫软包电池的可逆容量损失和不可逆容量损失部分进行标定量化，其中可逆容量损失为极化损失、界面损失和电解液缺失；不可逆容量损失为负极沉积、隔膜堵塞和其他。根据本发明专利技术提供的锂硫软包电池失效分析的方法，能够更加直观的得到各因素造成的结果，据此分解结果可对锂硫软包电池失效进行针对性的改善，对提升锂硫软包电池的循环性能和容量发挥提供有益帮助，对于锂硫软包电池的反应机理及实用化进程提供技术积累。池的反应机理及实用化进程提供技术积累。池的反应机理及实用化进程提供技术积累。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫软包电池失效分析的方法


[0001]本专利技术属于锂硫电池
，涉及一种锂硫软包电池失效分析的方法。

技术介绍

[0002]锂硫电池作为下一代高能量密度储能电池之一，备受科研人员的关注，其理论能量密度达2600wh/kg。但目前锂硫电池的开发仍存在很多问题，主要集中在硫正极的反应副产物复杂，并且易溶于电解液穿梭至负极沉积，严重影响容量的发挥，造成锂硫电池的失效。
[0003]对于多硫化物的穿梭问题，研究学者多采用正向抑制多硫化物穿梭的方法，比如造孔固硫、化学键分子吸附多硫化物位移、活性基团催化多硫化物动力学转化等，通过容量发挥和循环性能优异来表现实际效果。但从反应原理上来讲，多硫化物副产物的转化是硫正极参与多电子反应的必经步骤，即使采用上述多种措施，多硫化物溶于醚类电解液中造成的容量损失是必然存在的，因此对于多硫化物溶解穿梭导致电池失效后的逆向分析势在必行。
[0004]锂硫电池的充放电反应比较复杂，硫正极的充放电过程中间副产物较多，其中多硫化物Li2S
8~4
会溶解在电解液中并随着浓度梯度穿梭至隔膜、负极；Li2S
2~1
为不溶物，易沉积在锂负极表面导致充放电过程中容量损失。高能量密度锂硫软包电池需要提升活性物质硫的利用率，实现高负载量，但与此同时多硫化物的溶解穿梭问题会更加严重。穿梭问题导致的容量衰减及其附加效应（内阻上升、极片膨胀等）一直限制锂硫电池的实用化进程，因此需要对多硫化物造成的容量损失进行着重分析。
[0005]电化学失效分析有许多重要的分析方法，在锂离子电池中有很好的应用。例如CN109581240A采用交流阻抗方法原位分析电阻变化，进而评估电池的寿命及安全性；CN113466721A开发了一种锂离子电池的失效识别方法，设定失效阈值来判断锂离子电池是否失效，等等。但是目前对于锂硫软包电池的失效分析较少，尤其是锂硫软包电池中多硫化物几乎没有失效分析相关的深入研究，多硫化物对于锂硫软包电池的容量损失贡献和内阻变化不清楚，没有进行量化，对于多硫化物的认识不足。

技术实现思路

[0006]针对现有锂硫软包电池的失效分析较少，尤其是锂硫软包电池中多硫化物几乎没有失效分析相关的深入研究，多硫化物对于锂硫软包电池的容量损失贡献不清楚，没有进行量化以及对于多硫化物的认识不足的技术问题，本专利技术提出一种锂硫软包电池失效分析的方法，对造成锂硫软包电池容量损失的因素进行分析量化，据此分析结果可对其进行针对性改善，提升电池的循环性能和容量发挥，对于锂硫软包电池的反应机理及实用化进程提供技术积累。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种锂硫软包电池失效分析的方法，首先将电池的容量损失分解为可逆容量损失
和不可逆容量损失两部分：可逆容量损失指通过某种方法能够实现恢复的部分容量，不可逆容量损失指通过任何方法均不能恢复的部分容量，不同类型的容量损失分析步骤如下：（1）可逆容量损失分析步骤a、原位倍率去极化：对电池进行重新定容，记录放电容量C1，记录小电流倍率下的原位去极化放电容量C2；b、原位界面去极化：提高夹持压力，测试夹持压力和步骤a中小电流倍率下的放电容量C3；c、原位浸润去极化：对软包电池进行补液并进行容量恢复，静置后在步骤b中的夹持压力和小电流倍率下测试放电容量C4；其中极化容量损失Q1=C2‑
C1；界面接触影响容量损失Q2=C3‑
C2；电解液浸润/缺液影响容量损失Q3=C4‑
C3；（2）不可逆容量损失分析步骤d、将锂硫软包电池在小电流倍率下充满电，然后将该电池在低露点环境下拆解，取出正负极极片和隔膜，采用DOL进行清洗；e、将失效后的正极片冲成小尺寸极片，对应新鲜隔膜及锂片，重新组装电池，测试小电流倍率下容量发挥C
正
‑
新鲜
、C
正
‑
失效
，按照活性物质重量换算为容量C5、C6；f、将失效后的锂片取样冲成小尺寸锂片，取3~5片锂片溶解在溶剂中并加入到过渡金属溶液中反应生成硫化物沉淀，然后将沉淀洗涤、蒸干、称重，计算硫的损失量，最后按照面积及硫的比容量换算为多硫化物沉积负极的容量损失Q
负
；g、将失效后的隔膜取样冲成小尺寸隔膜，取3~5片隔膜浸泡在溶剂中清洗后，将含隔膜的清洗液加入到过渡金属溶液中反应生成硫化物沉淀，然后将沉淀洗涤、蒸干、称重，计算硫的损失量，最后按照面积及硫的比容量换算为多硫化物沉积隔膜的容量损失Q
膜
；其中多硫化物溶解穿梭造成的容量损失Q
正
=C5‑
C6；电解液及其他造成的容量损失Q
其它
=Q
正
‑
Q
负
‑
Q
膜
。
[0008]进一步，所述步骤a中重新定容的测试电压区间为1.5
‑
3.0V。
[0009]进一步，所述步骤a中重新定容的倍率为0.1
‑
1C，小电流倍率为0.001
‑
0.01C。
[0010]进一步，所述步骤b中夹持压力为0.1
‑
0.5MPa，小电流倍率为0.001
‑
0.01C。
[0011]进一步，所述步骤c中补液量为电池活性物质量的0.5
‑
1倍，夹持压力为0.1
‑
0.5MPa，小电流倍率为0.001
‑
0.01C。
[0012]进一步，所述步骤d中锂硫软包电池的小电流倍率为0.1C，满电状态电压为3.0V，低露点环境的温度低于
‑
40℃。
[0013]进一步，所述步骤e中小尺寸极片的面积为失效后的正极片的0.001
‑
0.01倍或R
12
‑
15
圆极片，小电流倍率为0.001
‑
0.01C。
[0014]进一步，所述步骤f中小尺寸锂片的面积为失效后的锂片的0.001
‑
0.01倍或R
12
‑
16
圆锂片，小电流倍率为0.001
‑
0.01C；溶剂为乙醇，过渡金属溶液为含Cu
2+
、Fe
2+
、Fe
3+
离子的反应易生成硫化物沉淀的溶液。
[0015]进一步，所述步骤g中小尺寸隔膜的面积为失效后的隔膜的0.001
‑
0.01倍或R
12
‑
16
圆隔膜片，小电流倍率为0.001
‑
0.01C。
[0016]进一步，所述步骤g中溶剂为乙醇，过渡金属溶液为含Cu
2+
、Fe
2+
、Fe
3+
离子的反应易
生成硫化物沉淀的溶液。
[0017]本专利技术提供的锂硫软包电池的失效分析方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种锂硫软包电池失效分析的方法，其特征在于：首先将电池的容量损失分解为可逆容量损失和不可逆容量损失两部分：可逆容量损失指通过某种方法能够实现恢复的部分容量，不可逆容量损失指通过任何方法均不能恢复的部分容量，不同类型的容量损失分析步骤如下：（1）可逆容量损失分析步骤a、原位倍率去极化：对电池进行重新定容，记录放电容量C1，记录小电流倍率下的原位去极化放电容量C2；b、原位界面去极化：提高夹持压力，测试夹持压力和步骤a中小电流倍率下的放电容量C3；c、原位浸润去极化：对软包电池进行补液并进行容量恢复，静置后在步骤b中的夹持压力和小电流倍率下测试放电容量C4；其中极化容量损失Q1=C2‑
C1；界面接触影响容量损失Q2=C3‑
C2；电解液浸润/缺液影响容量损失Q3=C4‑
C3；（2）不可逆容量损失分析步骤d、将锂硫软包电池在小电流倍率下充满电，然后将该电池在低露点环境下拆解，取出正负极极片和隔膜，采用DOL进行清洗；e、将失效前后的正极片冲成小尺寸极片，对应新鲜隔膜及锂片，重新组装电池，测试小电流倍率下容量发挥C
正
‑
新鲜
、C
正
‑
失效
，按照活性物质重量换算为容量C5、C6；f、将失效后的锂片取样冲成小尺寸锂片，取3~5片锂片溶解在溶剂中并加入到过渡金属溶液中反应生成硫化物沉淀，然后将沉淀洗涤、蒸干、称重，计算硫的损失量，最后按照面积及硫的比容量换算为多硫化物沉积负极的容量损失Q
负
；g、将失效后的隔膜取样冲成小尺寸隔膜，取3~5片隔膜浸泡在溶剂中清洗后，将含隔膜的清洗液加入到过渡金属溶液中反应生成硫化物沉淀，然后将沉淀洗涤、蒸干、称重，计算硫的损失量，最后按照面积及硫的比容量换算为多硫化物沉积隔膜的容量损失Q
膜
；其中多硫化物溶解穿梭造成的容量损失Q
正
=C5‑
C6；电解液及其他造成的容量损失Q
其它
=Q
正
‑
Q
负
‑
Q
膜
。2.根据权利要求1所述的锂硫软包电池失效分析的方法，其特征在于：所述步骤a中重新定容的测试电压区间为1.5
‑
3.0V。3.根据权利要求2所述的锂硫软包电池失效分析的方法，其特征在于：所述步骤a中重新定容的倍率...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨幸遇，刘艳侠，高文超，张涛，赵冲冲，
申请(专利权)人：郑州中科新兴产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：