一种单一副反应对锂电池阻抗影响的分析方法技术

本发明专利技术公开了一种单一副反应对锂电池阻抗影响的分析方法，属于锂电池技术领域，包括下列步骤：组装A、B、C三组三电极电池；将A、B、C三组电池化成，并进行三组电池的全电池、正极对参比、负极对参比的阻抗测试，将所有阻抗测试结果进行DRT拟合分析；将阻抗测试后的A、B、C组电池分别进行高温充电、过充测试和析锂实验，得到单一的SEI膜破坏、单一的正极结构破坏、析锂对锂电池阻抗影响的结论；将半电态阻抗测试后的A、B、C三组电池进行DRT拟合分析；将两次DRT结果进行对比分析得到结论。本发明专利技术能够引发单一副反应来引起电芯阻抗及对应DRT的变化，进而反推电芯内部可能的失效模式。进而反推电芯内部可能的失效模式。进而反推电芯内部可能的失效模式。

【技术实现步骤摘要】
一种单一副反应对锂电池阻抗影响的分析方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体地说，涉及一种单一副反应对锂电池阻抗影响的分析方法。

技术介绍

[0002]目前，电化学阻抗谱(EIS)作为一种强有力的工具监测电池吸引了很多人的关注。等效电路模型(Equivalent Circuit Models，ECM)和弛豫时间分布(Distribution of Relaxation Times，DRT)的方法是EIS研究中一种广泛使用的工具。然而，EIS在锂电领域的应用中面临着不确定性的问题，很多不同的过程或一个复杂过程的不同步骤，在EIS中的谱特征常常较为相似。另外，不同过程或一个复杂过程的不同步骤，其EIS谱特征可能会互相重合，成为一个谱特征，从而使得对阻抗谱的解释相对困难。
[0003]当前，阻抗的普遍分析方法为利用等效电路模型来对Nyquist图进行拟合，得到阻抗数据。然而相同的阻抗图形却可以用多种不同的等效电路模型进行拟合，无法进行一一对应。例如，锂离子电池电化学阻抗谱通常由三部分组成，即半圆、斜线和垂直线。但是由于不同过程的特征时间常数比较接近，使得所测试得的阻抗谱弧可能会发生重叠的现象，从而导致相应的阻抗谱难以解析。我们在锂电池的实际应用中，可能会遇到多种副反应，例如SEI膜的生长、析锂、产气、正极结构破坏、金属元素溶出等等。如何通过引发单一副反应来引起电芯阻抗及对应DRT的变化，进而反推电芯内部可能的失效模式是一个技术难题。
[0004]经检索，公开号为CN106842059A，公开日为2017年6月13日的中国专利公开了基于三电极测量的锂电池正负极电化学特性在线监测方法，包括如下步骤：1)选择合适的材料组装三电极测量装置；2)采用充放电测试仪分别连接三电极锂离子电池的正负极，进行充放电测试；3)在线同步监测锂电池的正负极电压；4)在线同步监测锂电池的电化学阻抗测试，待电池充电或放电达到稳定状态后，利用阻抗谱测试仪分别测量正极、负极、以及全电池的电化学阻抗谱。虽然该专利通过组装三电极测量装置进行充放电测试，然后监测电池内部化学信息的缺陷，但是它并不能控制引发单一副反应来引起电池内部阻抗的变化。

技术实现思路

[0005]1.专利技术所要解决的技术问题
[0006]针对现有电池阻抗分析方法无法通过引发单一副反应来分析电芯的阻抗的问题，本专利技术提出一种单一副反应对锂电池阻抗影响的分析方法，能够通过引发单一副反应引起的电芯阻抗及对应DRT的变化，进而可以反推电芯内部可能的失效模式。
[0007]2.技术方案
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供一种单一副反应对锂电池阻抗影响的分析方法，包括下列步骤：
[0009]S1、组装A、B、C三组单层叠片软包三电极电池；
[0010]S2、将A、B、C三组电池在测试柜上化成，并半电态下柜后进行三组电池的全电池、
正极对参比、负极对参比的阻抗测试，将所有阻抗测试结果进行DRT拟合分析；
[0011]S3、将S2中阻抗测试后的A组电池进行高温充电，得到单一的SEI膜破坏对锂电池阻抗影响的结论，将高温充电后的A组电池在常温下静置后进行半电态阻抗测试；
[0012]S4、将S2中阻抗测试后的B组电池进行过充测试，得到单一的正极结构破坏对锂电池阻抗影响的结论，将过充的B组电池进行半电态阻抗测试；
[0013]S5、将S2中阻抗测试后的C组电池进行析锂实验测试，得到单一的析锂副反应对锂电池阻抗影响的结论，将析锂测试后的C组电池进行半电态阻抗测试；
[0014]S6、将S3、S4、S5中半电态阻抗测试后的A、B、C三组电池进行DRT拟合分析；
[0015]S7、将S2和S6步骤中的DRT结果进行对比分析，根据DRT图谱峰数量和峰位置的差别，得到单一副反应对锂电池阻抗具体影响的结论。
[0016]进一步的，所述A组电池为铁锂电池，其正极片为铁锂材料，对应负极片为石墨材料，参比电极为铜丝。
[0017]进一步的，在所述S3步骤中，铁锂电池的高温充电在恒温箱中进行，温度控制在50℃，充电循环周数≥8周，倍率≤1C；所述铁锂电池在常温下静置时间为5h。
[0018]进一步的，所述B组电池为高镍电池，其正极片为高镍材料，负极片为硅碳材料，参比电极为铜丝。
[0019]进一步的，在所述S4步骤中，对所述高镍电池以0.05C的倍率进行过充，过充至高镍电池的电压为5V，过充时间是50h。
[0020]进一步的，所述C组电池为小面积负极电池，其正极片为铁锂材料，对应负极片为石墨材料，参比电极为铜丝；其中负极的容量设计小于正极，N/P比值小于1。
[0021]进一步的，所述N/P比值为0.7
‑
0.9。
[0022]进一步的，在所述步骤S2、S3、S4、S5中的阻抗测试均在常温25
±
2℃下进行。
[0023]进一步的，所述步骤S2、S6中DRT的拟合参数为正则化参数0.01≤λ≤0.1，半高宽系数FWHM＝0.5。
[0024]进一步的，所述正极片、负极片和参比电极在使用前均于60℃真空干燥4h。
[0025]3.有益效果
[0026]采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：
[0027](1)本专利技术的一种单一副反应对锂电池阻抗影响的分析方法，通过三组单层叠片软包三电极电池分别进行高温、过充和析锂测试，分别获得单一的SEI膜破坏、正极结构破坏和析锂副反应对锂电池阻抗的影响，通过以上引发单一副反应的手段，结合DRT图谱峰数量和峰位置的差别，能够反推并确定电芯内部的失效模式，无需拆解电池，十分方便。
[0028](2)本专利技术的一种单一副反应对锂电池阻抗影响的分析方法，铁锂电池的正极材料铁锂在高温下比较稳定，相较于其他材料的电池，基本无其他副反应发生。负极石墨表面的SEI膜在高温下容易与电解液发生副反应，从而有SEI膜的增长，因而能够控制单一的SEI膜破坏对锂电池阻抗影响。在恒温50℃的条件下，高温可能会使电池正负极的SEI膜增厚，引起SEI膜阻抗的增加；另外高温充放电后电池的材料结构可能会有破坏，使得锂离子在活性颗粒内部的扩散过程速度变慢。
[0029](3)本专利技术的一种单一副反应对锂电池阻抗影响的分析方法，高镍电池的正极高镍材料在进行过充后高镍材料会发生结构破坏，从而能够满足单一的正极结构破坏对锂电
池阻抗的影响。过充电压到5V的时候，高镍材料结构变化较大，会带来晶格破坏和颗粒破碎等问题，加速了正极结构破坏的速率，相较于其他材料更加适用于正极结构破坏的副反应试验。
[0030](4)本专利技术的一种单一副反应对锂电池阻抗影响的分析方法，小面积负极电池的负极容量设计小于正极，即N/P比值小于1，优选0.7
‑
0.9，所以正极中的可逆锂含量过剩，大于负极满嵌锂时的锂含量，则在充电过程中，正极中的可逆锂就会部分在负极表面析出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单一副反应对锂电池阻抗影响的分析方法，其特征在于，包括下列步骤：S1、组装A、B、C三组单层叠片软包三电极电池；S2、将A、B、C三组电池在测试柜上化成，并半电态下柜后进行三组电池的全电池、正极对参比、负极对参比的阻抗测试，将所有阻抗测试结果进行DRT拟合分析；S3、将S2中阻抗测试后的A组电池进行高温充电，得到单一的SEI膜破坏对锂电池阻抗影响的结论，将高温充电后的A组电池在常温下静置后进行半电态阻抗测试；S4、将S2中阻抗测试后的B组电池进行过充测试，得到单一的正极结构破坏对锂电池阻抗影响的结论，将过充的B组电池进行半电态阻抗测试；S5、将S2中阻抗测试后的C组电池进行析锂实验测试，得到单一的析锂副反应对锂电池阻抗影响的结论，将析锂测试后的C组电池进行半电态阻抗测试；S6、将S3、S4、S5中半电态阻抗测试后的A、B、C三组电池进行DRT拟合分析；S7、将S2和S6步骤中的DRT结果进行对比分析，根据DRT图谱峰数量和峰位置的差别，得到单一副反应对锂电池阻抗具体影响的结论。2.根据权利要求1所述的一种单一副反应对锂电池阻抗影响的分析方法，其特征在于，所述A组电池为铁锂电池，其正极片为铁锂材料，对应负极片为石墨材料，参比电极为铜丝。3.根据权利要求2所述的一种单一副反应对锂电池阻抗影响的分析方法，其特征在于，在所述S3步骤中，铁锂电池的高温充电在恒温箱中进行，温度控制在50℃，充电循环周数≥8周，倍率≤1C；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丽娟，朱振东，李毅，夏玉佳，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：