负极材料循环性能的测试方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种负极材料循环性能的测试方法，包括如下步骤：S1.提供一种正极材料和一种负极材料，采用所述正极材料和负极材料分别制备扣式电池C‑1和扣式电池C‑2，对电极均为金属锂；S2.对扣式电池C‑1和扣式电池C‑2进行充放电，通过扣式电池C‑1的放电曲线与扣式电池C‑2的充电曲线的差值曲线拟合计算得到相应的锂离子全电池的拟合放电曲线；S3.将扣式电池C‑2在充电截止电压Vc下充放电进行循环性能测试；其中，Vc在所述拟合计算中与相应的锂离子全电池放电截止电压U一一对应。还基于上述方法提供了筛选负极材料的测试方法和确定锂离子全电池放电截止电压的测试方法，上述方法方便快捷，节约测试资源。

Test method and application of cyclic performance of negative electrode materials

【技术实现步骤摘要】
负极材料循环性能的测试方法及其应用
本专利技术涉及一种锂离子电池负极材料循环性能的测试方法及其应用，特别涉及一种采用扣式电池评价负极材料循环性能的测试方法，以及基于该方法筛选负极材料的测试方法和确定锂离子全电池放电截止电压的测试方法。
技术介绍
近二十年来，锂离子电池产业高速发展。目前，商品化锂离子电池的负极材料主要是各类石墨材料，对石墨材料的开发使用已接近其理论比容量，提升空间十分有限。随着对锂离子电池单体能量密度要求的提高，高容量负极材料，如硅基、锡基、铝基等负极材料的开发及应用十分迫切。负极材料的开发，无论是现有常规的负极材料还是高容量负极材料，都会涉及到相应负极材料的性能评价，尤其是循环性能的评价。但现有的扣式电池测试方法并不能准确反映高容量负极材料的循环性能，甚至与相应的锂离子全电池中的循环性能相去甚远。经分析发现：现有技术中的扣式电池循环性能测试方法对应的充电截止电压为1.5-3.0V，此时高容量负极材料几乎完全释放其容量；而在常规的锂离子全电池放电截止电压(如2.75V或3.0V)下，某些高容量负极材料相对金属锂的电位一般在0.5-0.9V，并未完全释放其容量。由此可见，现有的扣式电池测试方法无法准确反映各类负极材料在全电池中的循环性能，不具备通用性。因此，多数锂离子电池企业在评价高容量负极材料循环性能时直接制备成锂离子全电池进行测试。虽然这种方法更准确，但相对于扣式电池，锂离子全电池的制备周期更长，耗费资源更多，测试成本更高，而且难以排除正极材料的影响因素而单独评测负极材料的循环性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种负极材料循环性能的测试方法，包括如下步骤：S1.提供一种正极材料和一种负极材料，采用所述正极材料和负极材料分别制备扣式电池C-1和扣式电池C-2，对电极均为金属锂；S2.对扣式电池C-1和扣式电池C-2进行充放电，通过扣式电池C-1的放电曲线与扣式电池C-2的充电曲线的差值曲线拟合计算得到相应的锂离子全电池的拟合放电曲线；S3.将扣式电池C-2在充电截止电压Vc下充放电进行循环性能测试；其中，Vc在所述拟合计算中与相应的锂离子全电池放电截止电压U一一对应。所述相应的锂离子全电池是指以步骤S1中所述正极材料和负极材料为正负极的锂离子全电池，所述拟合计算是指结合锂离子全电池设计时正极材料和负极材料的容量、首效和比例等因素，通过扣式电池C-1放电曲线与扣式电池C-2充电曲线的差曲线拟合计算得到相应的锂离子全电池的放电曲线。所述扣式电池C-1的放电截止电压即为正极相对金属锂的电位，所述扣式电池C-2的充电截止电压Vc即为负极相对金属锂的电位。根据所述拟合放电曲线和扣电C-2充电曲线，即可得到锂离子全电池放电截止电压为U时扣式电池C-2充电截止电压Vc，或者得到扣式电池C-2充电截止电压Vc对应的锂离子全电池放电截止电压U，即在所述拟合计算中Vc与U一一对应。步骤S3中所述Vc还可通过三电极法获得。所述三电极法为常规测量方法：制备锂离子全电池时，在正极极片和负极极片之间额外引入金属锂片和相应的隔膜及导线，测得全电放电截止电压下金属锂片和负极材料的电压差即为负极相对金属锂的电位。所述三电极法也可以排除正极的影响。在本专利技术的一种实施方式中，所述循环性能测试结果通过循环特性曲线表示，包括但不限于容量-循环次数、容量-时间、比容量-循环次数、比容量-时间、容量保持率-循环次数和容量保持率-时间曲线中至少一种。判断负极材料循环性能的标准包括但不限于：若所述负极材料扣式电池在步骤S3的循环性能测试中每50周的平均容量衰减率在3.3％以下，且10周后的平均库伦效率在99.8％以上，则判断所述负极材料在相应锂离子全电池中循环性能能够达到300周的容量保持率在80％以上的较为理想的状态。在本专利技术的一种实施方式中，步骤S3中所述相应的锂离子全电池放电截止电压U为2.0-3.2V。在本专利技术的一种实施方式中，所述负极材料选自碳负极材料、硅基负极材料、锡基负极材料和铝基负极材料中任意一种。在本专利技术的一种实施方式中，所述负极材料选自硅基负极材料、锡基负极材料和铝基负极材料中任意一种，所述负极材料还包括石墨和/或钛酸锂。在本专利技术的一种实施方式中，步骤S3中所述Vc为0.2-1.2V。在本专利技术的另一种实施方式中，所述Vc为0.5-0.9V。在本专利技术的一种实施方式中，步骤S3中所述循环性能测试的充放电测试倍率为0.01-3C。在本专利技术的另一种实施方式中，步骤S3所述中循环性能测试的充放电测试倍率为0.05-1C。在本专利技术的一种实施方式中，步骤S3中所述循环性能测试的扣式电池C-2的放电截止电压Vd为0.001-0.1V。在本专利技术的另一种实施方式中，所述Vd为0.005-0.05V。在本专利技术的一种实施方式中，所述硅基负极材料选自硅、硅氧化物、硅合金以及基于前述几种材料的改进材料中的至少一种。在本专利技术的一种实施方式中，所述锡基负极材料选自锡、锡氧化物、锡合金以及基于前述几种材料的改进材料中的至少一种。在本专利技术的一种实施方式中，所述铝基负极材料选自铝、铝合金以及基于前述几种材料的改进材料中的至少一种。本专利技术提供一种筛选负极材料的测试方法，包括如下步骤：P1.提供一种正极材料和多种负极材料；P2.针对步骤P1中所述的一种正极材料和每一种负极材料，分别采用上述任一所述的负极材料循环性能的测试方法进行测试，根据扣式电池C-2的循环性能测试结果对负极材料进行筛选，其中锂离子全电池放电截止电压U取值相同。当步骤S3中所述相应的锂离子全电池放电截止电压U已确定，则采用不同负极材料制备的不同扣式电池C-2相对于该锂离子全电池放电截止电压U的Vc有所不同，通过比较不同扣式电池C-2在相应充电截止电压Vc下的循环性能，筛选在锂离子全电池放电截止电压为U的情况下循环性能优异的扣式电池C-2所对应的负极材料，使得相应的锂离子全电池循环性能优异。本专利技术提供一种确定锂离子全电池放电截止电压的测试方法，包括如下步骤：M1.提供锂离子全电池的多个不同放电截止电压U的值；M2.针对步骤M1中所述的每一个U，采用上述任一所述的负极材料循环性能的测试方法进行测试，根据扣式电池C-2的循环性能测试结果确定全电池最佳放电截止电压U。当步骤S3中所述锂离子全电池放电截止电压U待定，本专利技术所述方法可以用于确定合理的锂离子全电池放电截止电压，在常规的锂离子全电池放电截止电压范围内选择多个不同放电截止电压U，根据拟合放电曲线得到对应的多个Vc，测试扣式电池C-2在多个Vc下的循环性能，选择扣式电池C-2循环性能优异的Vc所对应的U确定为该锂离子全电池的放电截止电压。或者，直接选择多个不同充电截止电压Vc，测试扣式电池C-2在多个Vc下的循环性能，选择扣式电池C-2循环性能优异的Vc并根据拟合放电曲线得到对应的U，将该U值确定为该锂离子全电池的放电截止电压。本专利技术所述方法是一种通用的，相对准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极材料循环性能的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1.提供一种正极材料和一种负极材料，采用所述正极材料和负极材料分别制备扣式电池C-1和扣式电池C-2，对电极均为金属锂；/nS2.对扣式电池C-1和扣式电池C-2进行充放电，通过扣式电池C-1的放电曲线与扣式电池C-2的充电曲线的差值曲线拟合计算得到相应的锂离子全电池的拟合放电曲线；/nS3.将扣式电池C-2在充电截止电压Vc下充放电进行循环性能测试；其中，Vc在所述拟合计算中与相应的锂离子全电池放电截止电压U一一对应。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极材料循环性能的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.提供一种正极材料和一种负极材料，采用所述正极材料和负极材料分别制备扣式电池C-1和扣式电池C-2，对电极均为金属锂；
S2.对扣式电池C-1和扣式电池C-2进行充放电，通过扣式电池C-1的放电曲线与扣式电池C-2的充电曲线的差值曲线拟合计算得到相应的锂离子全电池的拟合放电曲线；
S3.将扣式电池C-2在充电截止电压Vc下充放电进行循环性能测试；其中，Vc在所述拟合计算中与相应的锂离子全电池放电截止电压U一一对应。


2.根据权利要求1所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于，步骤S3中所述相应的锂离子全电池放电截止电压U为2.0-3.2V。


3.根据权利要求1所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：所述负极材料选自碳负极材料、硅基负极材料、锡基负极材料和铝基负极材料中任意一种。


4.根据权利要求1所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：所述负极材料选自硅基负极材料、锡基负极材料和铝基负极材料中任意一种，所述负极材料还包括石墨和/或钛酸锂。


5.根据权利要求1所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：步骤S3中所述Vc为0.2-1.2V。


6.根据权利要求5所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：所述Vc为0.5-0.9V。


7.根据权利要求1所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：步骤S3中所述循环性能测试的充放电倍率为0.01-3C。


8.根据权利要求7所述的负极材料循环性能的测试方法，其特征在于：步骤S3中所述循环性能测试的充放电倍率为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭挺，解晖，管香港，李思昊，茹皓辉，张雪利，王晓亚，殷月辉，
申请(专利权)人：微宏动力系统湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33