一种电池锰溶出的测试方法和应用技术

本发明专利技术提供一种电池锰溶出的测试方法和应用，所述测试方法包括以下步骤：1)取循环前的电池以及循环后的电池，分别进行拆解制备待测溶液，具体包括以下步骤：a)拆解电池得到正极片，清洗后分离，得正极材料，所述正极材料包括活性组分；b)将正极材料消解，消解液稀释定容，得待测溶液；其中，所述电池为循环前的电池时，制备得到的待测溶液为第一待测溶液；所述电池为循环后的电池时，制备得到的待测溶液为第二待测溶液；2)获得的第一待测溶液中锰元素的含量记为a，第二待测溶液中锰元素的含量记为b，电池中的锰溶出量记为((a

【技术实现步骤摘要】
一种电池锰溶出的测试方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种电池锰溶出的测试方法和应用。

技术介绍

[0002]磷酸锰铁锂具有规整的橄榄石型结构，兼具与磷酸铁锂相同的低成本、高安全性能，高热稳定性，针刺、过充不发生自燃，寿命长、安全无爆炸风险等优点，同时还弥补了磷酸铁锂能量密度低的短板。但磷酸锰铁锂或锰酸锂电池在循环使用过程中，受到Jahn
‑
Teller效应影响存在锰溶出，溶出的锰不仅能与电解质反应，还会沉积在负极表面，破坏SEI膜，导致电池极化增加。
[0003]目前，锰正极材料电池循环使用过程溶出的锰含量测试方法还没统一的标准。CN105514422A公开了将充满电的电池置于60℃烘箱中高温储存7天，拆解电池的锂负极片，用0.1mol/L的HCl水溶液进行溶解，AAS测试HCl溶液中的锰离子的量，即为锰溶出量。该方法忽视了正极材料溶出的锰有一部分与电解液发生反应，导致得到的锰溶出量较实际的偏低。
[0004]因此，如何提供一种锰正极材料中锰溶出含量的测试方法，避免得到的锰溶出量较实际的偏低，同时测试结果具有较高的稳定性，是目前迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种电池锰溶出的测试方法和应用。本专利技术通过将拆解得到的正极材料清洗，分离活性组分并消解，从而直接测定正极材料中锰含量的变化即可得到锰溶出量。该专利技术操作简单，可以直接测定正极材料中锰含量变化作为锰溶出量的评判，稳定性较好；并且该方法更能反映出实际的锰溶出量，具有较高的可信度。
[0006]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种电池锰溶出的测试方法，所述测试方法包括以下步骤：
[0008](1)取循环前的电池以及循环后的电池，分别进行拆解制备待测溶液，具体包括以下步骤：
[0009](a)拆解电池得到正极片，清洗后分离，得正极材料，所述正极材料包括活性组分；
[0010](b)将所述正极材料消解，消解液稀释定容，得待测溶液；
[0011]其中，所述电池为循环前的电池时，制备得到的待测溶液为第一待测溶液；所述电池为循环后的电池时，制备得到的待测溶液为第二待测溶液；
[0012](2)获得的第一待测溶液中锰元素的含量记为a，第二待测溶液中锰元素的含量记为b，电池中的锰溶出量记为((a
‑
b)/a)
×
100％。
[0013]本专利技术将全电池进行拆解得到含锰正极片，然后进行清洗除掉正极片表面溶出的锰和电解液，防止锰含量的测试结果出现误差。然后分离正极片中的集流体例如铝箔，最后留下正极片中的正极材料进行消解、稀释定容。通过消解，可以使活性组分中的含锰组分完
全分解，进而转化为离子态存在于待测溶液中，利用测试手段可以测定待测溶液中的锰含量。通过比较循环前正极片中活性组分的锰含量和循环后正极片中活性组分的锰含量，可以得到电池使用过程中锰含量的变化即锰溶出量，操作简单，且稳定性较好，具有较高的可信度。
[0014]本专利技术中，如果不通过清洗除掉正极片表面溶出的锰和电解液，则正极片表面附着的溶出锰以及正极片表面附着电解液中含有的溶出锰会进入到待测溶液中，致使得到的锰溶出量偏低，可信度差。如果消解负极片来测试锰溶出量，则会忽视正极材料表面附着的溶出锰与电解液中残留的锰，导致测定的锰溶出量较实际偏低，可信度差。
[0015]优选地，步骤(1)所述清洗后分离的方法为：将正极片放入洗涤剂中洗涤，烘干后将正极材料从集流体表面刮下来。
[0016]本专利技术中，将正极片放入洗涤剂中洗涤，其表面溶出的锰和电解液会溶解在洗涤剂中。需要说明的是，正极材料除了包括活性组分以外，还有粘结剂以及可选的导电剂，但是其存在不会对测试结果造成影响，因此对正极片中存在的粘结剂和导电剂不作特殊处理。洗净的正极片烘干后，即可将正极材料从集流体表面刮下来。该工艺简单，操作方便，效率高，也降低了成本。
[0017]优选地，所述清洗用的洗涤剂为水、无水乙醇和乙醇水溶液中的至少一种。
[0018]本专利技术中，洗涤剂可以有效除去正极片表面的锰和电解液，且无毒、无污染，绿色环保。如果用碱液作为洗涤剂，可能会导致活性组分中的锰再次溶出，并且集流体如铝箔也会溶解在碱液中无法回收，使得成本增加。
[0019]优选地，所述乙醇水溶液中乙醇的浓度为40
‑
75％，例如40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％或75％等。
[0020]本专利技术中，乙醇水溶液中乙醇的浓度过高，会增加清洗成本，而过低会使得电解液或其他有机成分可能清洗不完全。
[0021]优选地，所述洗涤的方式包括搅拌、超声和溶剂冲洗中的至少一种，优选超声，所述超声的频率优选为20
‑
40KHz，例如20KHz、25KHz、30KHz、35KHz或40KHz等，超声次数为1
‑
3次，例如1次、2次或3次等。
[0022]本专利技术中，超声处理一方面高效去除附着在正极材料残留的溶出锰和表面附着的电解液，另一方面可以促进正极材料与集流体剥离。
[0023]优选地，所述搅拌和/或超声的过程中伴有加热，加热的温度优选为40
‑
60℃，例如40℃、42℃、44℃、46℃、48℃、50℃、52℃、54℃、56℃、58℃或60℃等。
[0024]优选地，所述溶剂冲洗的过程中采用的溶剂为一定温度的溶剂，所述一定温度大于室温，优选为40
‑
60℃，例如40℃、42℃、44℃、46℃、48℃、50℃、52℃、54℃、56℃、58℃或60℃等。
[0025]本专利技术中，室温指的是25
±
5℃，当加热处理时，可以提高电解液及颗粒表面的溶出锰洗掉的速度，而采用加热超声可以结合超声和加热处理的优势，能防止加热搅拌时间过长使得晶体结构中的锰进一步溶出。
[0026]本专利技术中，加热温度过小，表面溶出的锰和表面粘附的电解液的洗除速度减慢，效率降低，而加热的温度过大，会导致晶体结构中的锰溶出。
[0027]优选地，所述洗涤的时间为8
‑
12min，例如8min、9min、10min、11min或12min等。
[0028]本专利技术中，洗涤的时间过长，则使得晶体结构中的锰进一步溶出，而洗涤的时间过短，则导致洗涤不充分，影响结果的准确性。
[0029]优选地，所述烘干的温度为80
‑
130℃，例如80℃、85℃、90℃、95℃、100℃105℃、110℃、115℃、120℃、125℃或130℃等。
[0030]本专利技术中，烘干温度过低，正极材料与集流体分离率较低；而温度过高，则正极材料活性物质会被氧化。
[0031]优选地，所述烘干的时间为5
‑
10h，例如5h、6h、7h、8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池锰溶出的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：(1)取循环前的电池以及循环后的电池，分别进行拆解制备待测溶液，具体包括以下步骤：(a)拆解电池得到正极片，清洗后分离，得正极材料，所述正极材料包括活性组分；(b)将所述正极材料消解，消解液稀释定容，得待测溶液；其中，所述电池为循环前的电池时，制备得到的待测溶液为第一待测溶液；所述电池为循环后的电池时，制备得到的待测溶液为第二待测溶液；(2)获得的第一待测溶液中锰元素的含量记为a，第二待测溶液中锰元素的含量记为b，电池中的锰溶出量记为((a
‑
b)/a)
×
100％。2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(1)所述清洗后分离的方法为：将正极片放入洗涤剂中洗涤，烘干后将正极材料从集流体表面刮下来；优选地，所述清洗用的洗涤剂为水、无水乙醇和乙醇水溶液中的至少一种；优选地，所述乙醇水溶液中乙醇的体积浓度为40
‑
75％。3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于，所述洗涤的方式包括搅拌、超声和溶剂冲洗中的至少一种，优选超声，所述超声的频率优选为20
‑
40KHz，超声次数优选为1
‑
3次；优选地，所述搅拌和/或超声的过程中伴有加热，加热的温度优选为40
‑
60℃；优选地，所述溶剂冲洗的过程中采用的溶剂为一定温度的溶剂，所述一定温度大于室温，优选为40
‑
60℃。4.根据权利要求2
‑
3任一项所述的测试方法，其特征在于，所述洗涤的时间为8
‑
12min；优选地，所述烘干的温度为80
‑
130℃；优选地，所述烘干的时间为5
‑
10h。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的测试方法，其特征在于，步骤(2)所述消解包括湿法消解、干法消解和微波消解中的至少一种，优选湿法消解；优选地，所述湿法消解中的消解剂为酸性化合物，包括盐酸、硝酸、高氯酸和王水中的至少一种，优选硝酸和/或盐酸。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的测试方法，其特征在于，步骤(2)所述消解的消解剂浓度为0.1
‑
10mol/L，优选0.4
‑
1mol/L；优选地，步骤(2)所述消解中的消解剂用量为20
‑
50mL/1g正极材料；优选地，步骤(2)所述消解的时间为20
‑
40min；优选地，步骤(2)所述消解的温度为60
‑
300℃，优选80

【专利技术属性】
技术研发人员：李亨利，徐荣益，李意能，陈燕玉，龚昊，郑银琼，
申请(专利权)人：佛山市德方纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：