锂离子电池SEI膜性能的确定方法技术

本申请公开了一种锂离子电池SEI膜性能的确定方法，包括以下步骤：对多个电芯进行化成处理，向化成后电芯的电解液中加入氧化还原介质，之后进行老化处理，将前述步骤中得到的电芯进行循环充放电测试，得到所述多个电芯的库伦效率，根据电芯的库伦效率确定电芯化成所形成SEI膜性能。本申请可以在SEI膜成膜后直接进行表征，能够快速获得化成后SEI膜是否存在明显的电子通道或锂盐和溶剂分子通道的定性数据，当测试结果显示SEI膜性能不佳，可以通过适当调整化成温度、压力、电流、截止电压或者电解液组分等实现SEI膜质量的提高，可用于电解液组分、阳极材料以及化成条件的筛选，极大地降低研发成本，缩短研发周期。缩短研发周期。缩短研发周期。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池SEI膜性能的确定方法


[0001]本申请涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池SEI膜性能的确定方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池SEI膜能够阻隔电解液和阳极，防止电解液过渡消耗，同时，SEI膜也是Li
+
的优良导体，允许Li
+
的自由嵌入和脱出阳极，还可以防止溶剂分子的共嵌入，因此SEI膜的性能决定了脱嵌锂以及负极电解液界面稳定性的动力学。目前，判断SEI膜成膜质量的主要方法为材料极片层级的表征以及常规的循环充放电测试，但是前者昂贵复杂且仅能窥及局部，同时需要考虑SEI膜对空气的敏感性以及高能电子束对SEI膜的损害引起的准确度低的问题，而后者耗时长且不能明确辨识出SEI膜的影响，无法精确表征。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本申请提供了一种锂离子电池SEI膜性能的确定方法，能够获得化成后SEI膜是否具有优异电子绝缘性的定性数据。
[0004]所述锂离子电池SEI膜性能的确定方法，包括以下步骤：S100：对多个电芯进行化成处理，S200：向化成后电芯的电解液中加入氧化还原介质，之后进行老化处理，S300：对S200步骤中得到的电芯进行循环充放电测试，得到所述多个电芯的库伦效率，S400：根据电芯的库伦效率确定电芯化成所形成SEI膜性能。高质量的SEI膜应当具有高的电子绝缘性、离子传导性以及化学/机械稳定性。当SEI膜厚度不均匀、某些部位存在电子隧穿或者界面相存在裂纹，则会导致SEI膜非完全绝缘，电子可传导的表面直接暴露到电解液中，引起不可逆副反应的发生，在充放电过程中表现为充电容量的升高与放电容量的降低，即低的库仑效率。
[0005]本申请通过在化成后电芯的电解液中加入氧化还原介质，其在充放电过程中可以增强电芯的自放电，再通过常规设备中的测试数据能够短时间内准确反映SEI膜质量，所述的SEI膜质量即指SEI膜性能，所述的SEI膜性能包括SEI膜厚度均匀程度、SEI膜裂纹程度中的至少一种。当SEI膜性能不佳时，例如SEI膜厚度不均匀或在界面相存在裂纹，充放电过程中电解液不停地分解消耗以修复SEI膜，导致SEI膜生长增厚以及电池不可逆容量损失增加，进而影响电池的循环性能、安全性能等。当SEI膜性能优秀时，其可以有效阻隔电解液和阳极，防止电解液过度消耗，同时抑制SEI膜生长增厚，从而能够获得优异的循环寿命，大大提升电池的安全性能。本申请能够获得化成后SEI膜是否存在明显的电子通道或锂盐和溶剂分子通道的定性数据(通过电芯的库伦效率确定)，当测试结果显示SEI膜性能不佳时，可以通过适当调整化成条件、电芯制备工艺、电解液组分等实现SEI膜质量的提高。其中，所述化成条件可以为化成温度、化成压力、化成电流、化成截止电压等。
[0006]在一些实施方式中，在步骤S100中，所述电芯为单电芯、或者为由多个单电芯所组成的电芯组。具体地，当所述电芯为由多个单电芯组成的电芯组时，所述的多个电芯即为多
个电芯组，分别对电芯组中的每一单电芯依次进行化成处理，再以组别进行划分，例如，三个电芯组A、B和C，每一电芯组均包括五个单电芯，即，A包括A1至A5，B包括B1至B5，C包括C1至C5，分别对A1至A5、B1至B5以及C1至C5中的每一单电芯进行化成处理，其中，A1至A5的化成条件相同，B1至B5的化成条件相同，C1至C5中的化成条件相同。
[0007]在一些实施方式中，在步骤S200中，所述氧化还原介质包括无机氧化还原介质、有机氧化还原介质、含无机氧化还原介质和有机氧化还原介质的混合物中的任一种。
[0008]具体地，在一些示例中，所述氧化还原介质包括无机氧化还原介质，在另一些示例中，所述氧化还原介质包括有机氧化还原介质，在其他示例中，所述氧化还原介质包括无机氧化还原介质，还可以包括有机氧化还原介质，根据实际情况具体选择，本申请并不限制。
[0009]在一些实施方式中，所述无机氧化还原介质包括含Fe
3+
/Fe
2+
电对化合物、含Ag
+
/Ag电对化合物或含Mn
4+
/Mn
2+
电对化合物中的至少一种。
[0010]所述氧化还原介质的选择需要参考阳极脱锂电位(石墨的嵌锂电位为0.1～0.2V)，如果氧化还原介质的氧化还原电位与阳极脱锂电位差过大，会大幅度增强电荷通过SEI转移的动力学，过度的驱动力会导致假象的存在，而如果氧化还原介质的氧化还原电位较低，低于电解质组分的分解电位(一般发生在1.2～0.8V)，会造成电解液组分优先在SEI膜保护性不足的位置发生反应，修补SEI膜，对实际结果造成干扰，因此，优选氧化还原电位接近且稍高于电解质分解电位的氧化还原介质。同时，在电池充放电过程中，为了让不同电位下都能够有对应的氧化还原介质去识别SEI膜质量，以防止锂盐分解提前修复SEI膜，可选取多种氧化还原电位不同的介质混合使用，提高检测准确率，例如，所述无机氧化还原介质包括含Mn
4+
/Mn
2+
电对化合物和含Fe
3+
/Fe
2+
电对化合物；或者，所述无机氧化还原介质包括含Mn
4+
/Mn
2+
电对化合物和含Ag
+
/Ag电对化合物，在多种所述无机氧化还原介质组合的混合介质中，不同无机电对化合物的摩尔比为1:1。
[0011]示例性地，所述含Fe
3+
/Fe
2+
电对化合物选自二茂铁、铁氰化钾、普鲁士蓝中的至少一种；所述含Ag
+
/Ag电对化合物选自硝酸银、氟化银中的至少一种；所述含Mn
4+
/Mn
2+
电对化合物选自酸式磷酸锰、酞菁锰中的至少一种。
[0012]在一些实施方式中，所述有机氧化还原介质包括TEMPO
+
/TEMPO电对类化合物、PHT
+
/PHT电对类化合物或AQ
+
/AQ电对类化合物中的至少一种。其中，前述的“类”是指所述有机氧化还原介质中的非特征官能团的可调情形，例如，相同取代基位置上烷基的长短与数量均可调。
[0013]示例性地，所述TEMPO
+
/TEMPO电对类化合物选自四甲基哌啶氧化物、四乙基哌啶氮氧化物，氯代四甲基哌啶氧化物中的至少一种；所述PHT
+
/PHT电对类化合物选自甲基邻苯二甲酰亚胺、邻苯二甲酰亚胺中的至少一种；所述AQ
+
/AQ电对类化合物选自蒽醌、1
‑
氨基蒽醌中的至少一种。
[0014]此外，为了防止无机氧化还原介质和电解液中的溶剂组分络合，影响界面反应发生前的溶剂化和去溶剂化过程，可以混合使用有机氧化还原介质和无机氧化还原介质(混合介质)，以避免对电池界面反应的影响。例如，含有二茂铁和甲基邻苯二甲酰亚胺的混合介质、含有硝酸银和甲基邻苯二甲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池SEI膜性能的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：S100：对多个电芯进行化成处理；S200：向化成后电芯的电解液中加入氧化还原介质，之后进行老化处理；S300：对S200步骤中得到的电芯进行循环充放电测试，得到所述多个电芯的库伦效率；S400：根据电芯的库伦效率确定电芯化成所形成SEI膜性能。2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：条件I：在步骤S100中，所述电芯为单电芯、或者为由多个单电芯所组成的电芯组；条件II：在步骤S200中，所述氧化还原介质包括无机氧化还原介质、有机氧化还原介质、含无机氧化还原介质和有机氧化还原介质的混合物中的任一种；条件III：所述氧化还原介质的浓度为0.01～0.4mol/L。3.根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于，所述无机氧化还原介质包括含Fe
3+
/Fe
2+
电对化合物、含Ag
+
/Ag电对化合物或含Mn
4+
/Mn
2+
电对化合物中的至少一种；所述有机氧化还原介质包括TEMPO
+
/TEMPO电对类化合物、PHT
+
/PHT电对类化合物或AQ
+
/AQ电对类化合物中的至少一种。4.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述无机氧化还原介质包括含Mn
4+
/Mn
2+
电对化合物和含Fe
3+
/Fe
2+
电对化合物；或者，所述无机氧化还原介质包括含Mn
4+
/Mn
2+
电对化合物和含Ag
+
/Ag电对化合物。5.根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于，对于石墨负极的锂离子电池，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张笑容，戴璐，冯林林，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：