一种锂电池电极中三元正极材料锂镍混排率的电化学测量方法技术

本发明专利技术属于电化学测量技术领域，公开了一种锂电池电极中三元正极材料锂镍混排率的电化学测量方法。该方法的原理是基于锂电池电极中三元正极材料放电阶段在4.30V～3.80V电位区间以及4.30V～2.80V电位区间这两个区间的容量变化量比值q

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池电极中三元正极材料锂镍混排率的电化学测量方法


[0001]本专利技术属于电化学测量
，具体涉及一种锂电池电极中三元正极材料锂镍混排率的电化学测量方法。

技术介绍

[0002]锂镍钴锰(NCM)三元正极材料随着新能源汽车的推广在动力型锂电池中获得广泛应用。三元正极材料具有能量密度高、循环性能好以及循环寿命长等优点，已经成为动力电池的主流正极材料之一。动力型锂电池的性能有赖于通过特定的制造工艺最大程度的发挥原材料性能，其中正极材料性能的发挥起到关键影响。三元正极材料在烧结过程中，由于Li
+
和Ni
2+
的离子半径相近，会互相占据对方位置，极易产生锂镍混排。由于混排是无序的，这是导致电池的电化学性能变差、循环稳定性不好的重要原因。因此，在研发和生产过程中，量化和评估三元正极材料的锂镍混排率对控制正极材料的质量、分析异常料以及新型材料的开发有着十分重要的意义。
[0003]对三元正极材料的锂镍混排率的常规检测方法是通过X射线衍射(XRD)分析实现，利用XRD衍射图谱中(003)面衍射峰强度和(104)面衍射峰强度比值R＝I(003)/I(104)来衡量离子混排程度。R值法可以快速、定性描述离子混排程度，但是，由于三元正极材料是层状结构，(003)峰的强度会受到择优取向的影响而产生误判。进一步的，利用对高质量X射线衍射图谱的全谱拟合可以获得锂镍混排率的参数，该方法是根据Rietveld全谱拟合原理，即在假设晶体结构模型和结构参数基础上，结合特定的峰形函数来计算多晶衍射图谱，锂镍混排率主要通过对占位率的拟合进行量化分析。然而，Rietveld全谱拟合需要调整标度因子、背景函数、晶格常数、峰形参数、原子坐标、温度因子、透明度等参数，操作繁琐，无法实现高通量测试。同时，XRD仪器设备昂贵，测试成本高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术中无法实现低成本且高通量测试锂镍混排率的技术问题，而提供一种锂电池电极中三元正极材料锂镍混排率的电化学测量方法，该测量方法弥补了利用XRD法计算锂镍混排率的测试成本高和通量不足的问题，对三元正极材料实现低成本、高通量的测量以及对锂电池电极中三元正极材料的产品开发、失效分析和工况下的在线评测具有非常大的促进作用。
[0005]现有对三元正极材料中锂镍混排率的测量方法皆是通过XRD法进行测定分析，无法满足现有产品开发的高通量需求。本申请的专利技术人通过深入且广泛的研究发现，不同的锂电池之间极片上三元正极材料的锂镍混排率与放电过程中特定的稳态起始电位和特定的稳态终止电位之间容量变化量的比值具有线性关系。其中，稳态起始电位是指锂电池处于稳定平衡状态下的开路电位。基于此进一步研究，从而完成本专利技术。
[0006]具体地，本专利技术提供了一种锂电池电极中三元正极材料锂镍混排率的电化学测量
方法，其中，该方法包括选择至少三种已知锂镍混排率的三元正极材料标准样品，所述三元正极材料标准样品中的主成分与三元正极材料待测样品中的主成分相同，将所述三元正极材料标准样品采用与所述锂电池电极相同的工艺制成参考电极，将所述参考电极和所述锂电池电极按照相同的方法组装成电池后在同等条件下进行化成和比容量测试，测得每个电池放电阶段稳态电位位于4.30V～3.80V电位区间内的容量变化量q
re1
以及位于4.30V～2.80V电位区间内的容量变化量q
re2
，以三元正极材料标准样品的锂镍混排率x
Ni
作为纵坐标同时以其容量变化量比值q
re2
/q
re1
作为横坐标建立线性标准曲线，所述锂电池电极中待测三元正极材料的锂镍混排率则根据其容量变化量比值在线性标准曲线上获取。
[0007]在一种优选的实施方式中，该方法包括以下步骤：
[0008]S1：选择至少三种已知锂镍混排率为x
Ni,0
‑
n
的三元正极材料标准样品M0‑
n
，采用与所述锂电池电极相同的工艺制成参考电极，将所述参考电极和所述锂电池电极按照相同的方法组装成电池，得到参考电池C0‑
n
和待测电池C1‑
n
；
[0009]S2：对步骤S1中所得参考电池C0‑
n
和待测电池C1‑
n
在同等条件下进行化成和比容量测试，记录参考电池C0‑
n
在放电阶段稳态电位位于4.30V～3.80V电位区间内的容量变化量以及位于4.30V～2.80V电位区间内的容量变化量并计算其容量变化量比值同时记录待测电池C1‑
n
在放电阶段稳态电位位于4.30V～3.80V电位区间内的容量变化量以及位于4.30V～2.80V电位区间内的容量变化量并计算其容量变化量比值
[0010]S3：以三元正极材料参考样品M0‑
n
的混排率x
Ni,0
‑
n
作为纵坐标同时以其容量变化量比值作为横坐标建立线性标准曲线；
[0011]S4：由步骤S2计算三元正极材料待测样品M1‑
n
的容量变化量比值并根据步骤S3中的线性标准曲线计算得到三元正极材料待测样品M1‑
n
的锂镍混排率x
Ni,1
‑
n
。
[0012]在一种优选的实施方式中，所述三元正极材料标准样品的数量为4～6种。
[0013]在一种优选的实施方式中，所述三元正极材料为锂镍钴锰三元正极材料。
[0014]在一种优选的实施方式中，所述三元正极材料标准样品的锂镍混排率采用X射线衍射全谱拟合方法测得。
[0015]在一种优选的实施方式中，所述比容量测试选择在电池放电阶段完成，通过稳态起始电位和稳态终止电位的设置确定容量变化量的电位区间；以锂金属电极电位为基准零电位，则稳态起始电位为4.30V vs Li，稳态终止电位分别为3.80V vs Li和2.80V vs Li，稳态电位区间分别为4.30V～3.80V vs Li和4.30V～2.80V vs Li。
[0016]在一种优选的实施方式中，所述放电阶段中稳态起始电位和/或稳态终止电位的控制，通过恒流放电CC工步和恒压放电CV工步结合的方式实现。
[0017]在一种优选的实施方式中，所述恒流放电CC工步的电流大小采用倍率进行衡量，所述倍率为0<C≤1.0。
[0018]在一种优选的实施方式中，所述倍率为0<C≤0.5。
[0019]在一种优选的实施方式中，所述恒流放电CC工步的终止条件为电化学测量的稳态起始电位或稳态终止电位。
[0020]在一种优选的实施方式中，所述恒压放电CV工步的电位设置为稳态起始电位或稳态终止电位。
[0021]在一种优选的实施方式中，所述恒压放电CV工步的持续时间为10min<t≤180min。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池电极中三元正极材料锂镍混排率的电化学测量方法，其特征在于，该方法包括选择至少三种已知锂镍混排率的三元正极材料标准样品，所述三元正极材料标准样品中的主成分与三元正极材料待测样品中的主成分相同，将所述三元正极材料标准样品采用与所述锂电池电极相同的工艺制成参考电极，将所述参考电极和所述锂电池电极按照相同的方法组装成电池后在同等条件下进行化成和比容量测试，测得每个电池放电阶段稳态电位位于4.30V～3.80V电位区间内的容量变化量q
re1
以及位于4.30V～2.80V电位区间内的容量变化量q
re2
，以三元正极材料标准样品的锂镍混排率x
Ni
作为纵坐标同时以其容量变化量比值q
re2
/q
re1
作为横坐标建立线性标准曲线，所述锂电池电极中待测三元正极材料的锂镍混排率则根据其容量变化量比值在线性标准曲线上获取。2.根据权利要求1所述的锂电池电极中三元正极材料锂镍混排率的电化学测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：选择至少三种已知锂镍混排率为x
Ni,0
‑
n
的三元正极材料标准样品M0‑
n
，采用与所述锂电池电极相同的工艺制成参考电极，将所述参考电极和所述锂电池电极按照相同的方法组装成电池，得到参考电池C0‑
n
和待测电池C1‑
n
；S2：对步骤S1中所得参考电池C0‑
n
和待测电池C1‑
n
在同等条件下进行化成和比容量测试，记录参考电池C0‑
n
在放电阶段稳态电位位于4.30V～3.80V电位区间内的容量变化量以及位于4.30V～2.80V电位区间内的容量变化量并计算其容量变化量比值同时记录待测电池C1‑
n
在放电阶段稳态电位位于4.30V～3.80V电位区间内的容量变化量以及位于4.30V～2.80V电位区间内的容量变化量并计算其容量变化量比值S3：以三元正极材料参考样品M0‑
n
的混排率x
Ni,0
‑
n
作为纵坐标同时以其容量变化量比值作为横坐标建立线性标准曲线；S4...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹秉胜，赖兰芳，魏丽英，
申请(专利权)人：厦门厦钨新能源材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：