一种充放电过程中电芯厚度或者厚度变化率的测定方法技术

本发明专利技术涉及电池制造技术领域，具体涉及一种充放电过程中电芯厚度或者厚度变化率的测定方法，包括样品准备步骤、充放电与XRD测试步骤和计算厚度步骤，先将电芯进行充放电处理同时对电芯进行原位XRD测试，分别得到SOC、负极特征峰的衍射角和正极特征峰的衍射角，代入下述公式中即可计算出充放电过程中的电芯厚度：Di＝3*λ/[2*sin(X

【技术实现步骤摘要】
一种充放电过程中电芯厚度或者厚度变化率的测定方法


[0001]本专利技术涉及电池制造
，具体涉及一种充放电过程中电芯厚度或者厚度变化率的测定方法。

技术介绍

[0002]在电芯组装成模组或封装时，其厚度会随着充放电的变化而变化，又因为模组或封装的束缚力，所以电芯受到约束力也会发生变化。为了发挥电芯的优异性能，电芯束缚力的选择变得尤其重要。一般情况下会给电芯一个初始力，测试其充放电过程中厚度的变化或力的变化来预测电芯的最优束缚力。从软包映射方形电池，从而为电芯束缚力的选择提供依据。
[0003]目前，对电芯在充放电循环过程中厚度的变化主要通过游标卡尺进行测量，这种测试方法操作复杂，且存在较大的安全隐患。为此，现有技术中还公开了采用原位膨胀力测试系统测试电芯厚度，然而该种从软包实验测试电芯厚度变化，需要一定的精密测试设备，测试较为复杂，方壳电芯的极组厚度变化也一般从软包电芯厚度的变化来映射，增加了误差来源。
[0004]因此，急需一种操作简便、准确地测定充放电过程中电芯厚度或者厚度变化的方法。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的无法准确测定电池在充放电过程中电芯厚度或者厚度变化的缺陷，从而提供一种充放电过程中电芯厚度后者厚度变化率的测定方法。
[0006]本专利技术提供了一种充放电过程中电芯厚度的测试方法，包括如下步骤：
[0007]样品准备步骤：取包含正极活性材料的正极片和包含负极活性材料的负极片组装成全电池，作为电芯；和/或，取包含正极活性材料的正极片和负极活性材料的负极片分别与锂片组装成正极材料半电池和负极材料半电池，共同作为电芯。
[0008]充放电与XRD测试步骤：将所述电芯进行充放电处理的同时进行原位XRD测试，收集所述电芯充放电过程中的负极活性材料特征峰的衍射角和正极活性材料特征峰的衍射角；
[0009]计算步骤：根据上述衍射角以及负极片单位面积活性材料的摩尔数量与正极片单位面积活性材料的摩尔数量的比值按照下述公式计算电芯厚度；
[0010]厚度Di＝3*λ/[2*sin(X
a
/2)]+a*λ/[2*sin(X
b
/2)]，其中a为负极片单位面积活性材料的摩尔数量与正极片单位面积活性材料的摩尔数量的比值，Xa和Xb分别为相同SOC下所述电芯正极活性材料(003)特征峰对应的衍射角和负极活性材料(002)特征峰对应的衍射角，λ为波长。
[0011]本专利技术中，电芯厚度为一对正负极单元分子对应的厚度，Di为充放电过程中一对
正负极单元分子对应的实时厚度，简称实时厚度。D0为SOC为0％的Di，简称为初始厚度。D1为SOC为100％的Di，简称终止厚度。
[0012]衍射角有度和弧度两种单位，本专利技术中所有公式中的衍射角的单位均为弧度。
[0013]术语SOC，荷电状态，也叫剩余电量，用来反映电池的剩余容量，其数值上定义为实际容量占额定容量的百分比。
[0014]本专利技术中，可以收集充电过程中的衍射角，也可以收集放电过程中的衍射角，以对应计算充电过程或者放电过程的厚度或者厚度变化率。
[0015]本专利技术中，正极片或者负极片可以是待测电芯拆解后获得，也可以是采用待测电芯同类型的正极活性材料、负极活性材料为原料经常规工艺制备得到。
[0016]本专利技术中，可以采用全电池为电芯，也可以采用半电池来测试待测电芯的厚度。
[0017]进一步地，还包括计算初始厚度和/或终止厚度的步骤：
[0018]进一步地，收集负极活性材料和/或正极活性材料特征峰在SOC为0％或者SOC为100％的衍射角，分别按照如下公式计算初始厚度和/或终止厚度的步骤；
[0019]终止厚度D0＝3*λ/[2*sin(X3/2)]+a*λ/[2*sin(X4/2)]；
[0020]初始厚度D1＝3*λ/[2*sin(X1/2)]+a*λ/[2*sin(X2/2)]；
[0021]其中a如权利要求1所定义，X1为SOC为0％时正极活性材料(003)特征峰对应的衍射角，X2为SOC为0％时负极活性材料(002)特征峰对应的衍射角，X3为SOC为100％时正极活性材料(003)特征峰对应的衍射角，X4为SOC为100％时负极活性材料(002)特征峰对应的衍射角。
[0022]本专利技术还提供了一种充放电过程中电芯厚度变化率的测定方法，包括如上述所述的充放电过程中电芯厚度的测定方法，还包括按照如下公式中的一种或者多种计算所述电芯的厚度变化率ΔDi的步骤：
[0023]ΔDi＝(Di
‑
D1)/D1*100％(I)；或者，ΔDi＝(D0
‑
Di)/D0*100％；
[0024]其中D0、D1如权利要求2所定义，Di如权利要求1所定义。
[0025]进一步的，还包括以SOC为横坐标，以ΔDi为纵坐标生成SOC
‑
厚度变化率的关系曲线的步骤。
[0026]进一步地，负极片单位面积活性材料摩尔数量按照如下公式计算：负极片单位面积活性材料摩尔数量＝负极片的面密度*负极活性材料的含量/负极活性材料的摩尔质量；正极片单位面积活性材料摩尔数量按照如下公式计算：正极片单位面积活性材料摩尔数量＝正极片的面密度*正极活性材料的含量/正极活性材料的摩尔质量。
[0027]进一步地，正极材料半电池充放电处理过程中电压范围为3
‑
4.4V，负极材料半电池充放电过程中的电压范围为0.005
‑
2V，全电池充放电处理过程中电压范围为2.8
‑
4.35V。
[0028]进一步地，XRD衍射过程中控制步长为0.005
‑
0.02
°
，优选为0.009
‑
0.011
°
。
[0029]进一步地，X
a
在17.5
°
～19
°
的范围内，X
b
在24
°
～29
°
的范围内。
[0030]进一步地，XRD衍射仪采用铜靶，狭缝为1/4
‑
1/2，扫描速度为2
°‑5°
/min。
[0031]在某些优选的实施方式中，所述正极活性材料选自层状正极活性材料，优选为三元正极活性材料、无钴二元正极活性材料中的一种或者多种。可采用现有的涂布和冷压等常规工艺结合到集流体上。具体地，将正极活性物质、导电剂、粘结剂按照常规比例混合均匀并加入到溶剂中，制成正极浆料；将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔上，烘干后冷
压，再进行模切、分条，制成正极片。其中该正极浆料的固含量可以为70
‑
75％，导电剂可以为常规导电剂，例如乙炔黑，粘结剂可以为常规粘结剂，例如丁苯橡胶或偏氟乙烯PVDF，溶剂可采用常规有机溶剂，例如N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种充放电过程中电芯厚度的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：样品准备步骤：取包含正极活性材料的正极片和包含负极活性材料的负极片组装成全电池，作为电芯；和/或，取包含正极活性材料的正极片和包含负极活性材料的负极片分别与锂片组装成正极材料半电池和负极材料半电池，共同作为电芯；充放电与XRD测试步骤：将所述电芯进行充放电处理的同时进行原位XRD测试，收集所述电芯充放电过程中负极活性材料特征峰的衍射角和正极活性材料特征峰的衍射角；计算厚度步骤：根据上述衍射角、XRD测试的波长以及负极片单位面积活性材料的摩尔数量与正极片单位面积活性材料的摩尔数量的比值照下述公式计算电芯厚度；厚度Di＝3*λ/[2*sin(X
a
/2)]+a*λ/[2*sin(X
b
/2)]，其中a为负极片单位面积活性材料的摩尔数量与正极片单位面积活性材料的摩尔数量的比值，X
a
和X
b
分别为相同SOC下所述电芯正极活性材料(003)特征峰对应的衍射角和负极活性材料(002)特征峰对应的衍射角，λ为波长。2.根据权利要求1所述的充放电过程中电芯厚度的测定方法，其特征在于，还包括计算初始厚度和/或终止厚度的步骤：收集负极活性材料和正极活性材料特征峰在SOC为0％和/或SOC为100％的衍射角，分别按照如下公式计算初始厚度和/或终止厚度；终止厚度D0＝3*λ/[2*sin(X3/2)]+a*λ/[2*sin(X4/2)]；初始厚度D1＝3*λ/[2*sin(X1/2)]+a*λ/[2*sin(X2/2)]；其中a如权利要求1所定义，X1为SOC为0％时正极活性材料(003)特征峰对应的衍射角，X2为SOC为0％时负极活性材料(002)特征峰对应的衍射角，X3为SOC为100％时正极活性材料(003)特征峰对应的衍射角，X4为SOC为100％时负极活性材料(002)特征峰对应的衍射角。3.一种充放电过程中电芯厚度变化率的测定方法，其特征在于，包括权利要求2所述的充放电过程中电芯厚度的测定方法，还包括按照如下公式中的一种或者多种计算所述电芯的厚度变化率ΔDi的步骤：ΔDi＝(Di
‑
D1)/D1*100％；ΔDi＝(D0
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄本赫，张要军，何见超，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：