一种用扣式半电池评估软包锂离子全电池性能的方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池领域，公开了一种用扣式半电池评估软包锂离子全电池性能的方法，步骤包括制作正极片，制作负极片，组合压实分别制作成两体系和三体系的扣式半电池，对制成的扣式半电池进行电池性能测试，本发明专利技术通过设定电解液注入比、涂覆面密度以及选用不同尺寸的负极材料和铜箔的负极组合，制成的扣式半电池可以准确地反映锂离子全电池的电池性能，提高扣式半电池数据的可靠性，并且可以评估一系列不同正极涂覆量的全电池，节省了大量的测试资源，本发明专利技术中的测试方法在三电极体系中也具有良好的适用性，缩短了扣式半电池锂离子全电池评估结果之间的差异。池评估结果之间的差异。

【技术实现步骤摘要】
一种用扣式半电池评估软包锂离子全电池性能的方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其是涉及一种用扣式半电池评估软包锂离子全电池性能的方法。

技术介绍

[0002]以金属锂为对电极的扣式半电池在锂离子电池的研究中引起了广泛的兴趣，成为锂离子动力电池产品开发中采用的重要研究手段，但由于扣式半电池组件特性和全电池存在明显不同，包括扣式半电池中对电极为纯锂片(全电池中主要为石墨等材料)，并且电解液添加量比率比全电池高等，由于上述这些因素会显著影响软包锂离子全电池的性能，利用扣式半电池对新材料特性进行验证，并预估大尺寸软包锂离子全电池性能具有一定的技术挑战。因此在扣式半电池和软包全电池之间建立桥梁，可以有效减少两种电池之间的性能评估差异，降低材料评估和性能验证的风险，加快新型锂离子电池产品开发。
[0003]例如，一种在中国专利文献“测试锂电材料质量比容量的方法”，其申请号为CN109375113A，公开了一种测试锂电材料质量比容量的方法。采用的技术方案包括制作正极片，制作负极片，冲模、称重，按照正负极材料种类选择正负极片的质量进行对应配对，然后放置于手套箱中2h；手套箱扣点组装，将制作完成的扣式电池加持在电化学测试柜上，根据测试倍率(0.2C、1C、3C、5C)计算充放电电流，电流＝倍率
×
理论克容量
×
(M2‑
M1)
×
w。该专利技术将传统的金属锂片负极替换为常规负极片，在裁切并组装扣式半电池时，负极涂层容易从集流体上脱落，导致测试结果准确性下降，电池在持续充放电过程中容易短路，对于厚电极来说，该问题更加突出，原因是涂覆层越厚越容易剥离，具有一定的技术局限性。
[0004]一种在中国专利文献“一种采用扣式电池评价循环后锂电池电极材料的方法”，其申请号为CN110927593A，公开了一种采用扣式电池评价循环后锂电池电极材料的方法，主要包括以下步骤：S1拆解锂离子全电池，取出电池电极极片；S2擦拭掉步骤S1得到的极片的一面，整块烘烤；S3将步骤S2中得到的极片进行冲片，并组装成扣式电池；S4将步骤S3得到的扣式电池进行电化学性能测试；S5根据步骤S4的电性能测试评价电极材料的容量发挥情况。该专利技术利用扣式电池评估循环后的锂离子电池材料性能，目的在于分析循环前后电池材料衰减行为和机理，没有考虑和评估扣式电池和全电池的差别，具有技术局限性。
[0005]商业化的锂离子全电池以涂覆在铜箔上的石墨层作为对电极，如用相同的负极材料制作扣式电池，其过程繁琐，操作时间长，且当正极片涂覆变化超过5g/m2时，对应的最佳尺寸的石墨与铜箔组合的半电池负极不同，需要重新进行设计和测试负极极片的组成。
[0006]为了解决上述问题，需要一种用扣式半电池评估软包锂离子全电池性能的方法。通过确认影响扣式半电池的主要实验参数，建立了与软包锂离子全电池相关的扣式半电池测试标准，保证扣式半电池评估结果与软包锂离子全电池结果一致，并验证该测试标准在三电极扣式半电池和软包锂离子全电池评测结果对比的准确性。

技术实现思路

[0007]本专利技术是为了克服现有技术中扣式电池和软包锂离子全电池之间缺少有限的联系，使扣式电池性能评估结果存在技术偏差和风险，降低数据可靠性，延缓产品研发效率的问题，提供一种用扣式半电池评估软包锂离子全电池性能的方法，通过选用不同尺寸的负极材料和铜箔制成的负极片代替传统的纯锂片负极，与一定涂覆量的正极片组合形成扣式电池，用扣式电池的电池性能评估锂离子全电池的电池性能，准确度高；该扣式电池还能测试评估一系列不同正极涂覆量的全电池，节省了大量测试资源。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用扣式半电池评估软包锂离子全电池性能的方法，包括步骤如下：A)制作正极片：将正极材料、正极导电剂和正极粘结剂混合均匀后涂覆在铝箔上，涂覆量为75
‑
125g/m2或130
‑
180g/m2，涂布干燥后压实制成正极片；B)制作负极片：正极涂覆量为75
‑
125g/m2，选用45
‑
55μm厚度的锂片层作为负极材料与195
‑
205μm厚度的铜箔在惰性气体的氛围中20
‑
100个标准大气压下压制成负极片；或正极涂覆量为130
‑
180g/m2，选用60
‑
70μm厚度的锂片层作为负极材料与180
‑
190μm厚度的铜箔在惰性气体的氛围中20
‑
100个标准大气压下压制成负极片；C)按照负极片、隔膜、正极片的顺序组装成两电极体系的扣式半电池，并将电解液注入扣式半电池内；或者按照负极片、隔膜、参比电极、隔膜、负极片的顺序组装成三电极体系的扣式半电池，并将电解液注入扣式半电池内；D)将步骤C)制得的电池室温放置，充放电2
‑
4周，记录电池标准容量，然后在室温下循环200
‑
400周，记录电池容量保持率。
[0009]常规方法往往没有考虑扣式电池和全电池的本质差别，直接利用扣式电池来评估材料性能，包括容量，倍率和循环受命等，然后直接用于全电池的评估。实际上二者存在较大差异，锂离子扣式半电池的性能和其使用条件有密切关系，其测试结果往往与采用相同材料体系的锂离子全电池有明显差别。其主要原因在于：首先扣式半电池以纯锂片层为对电极，而锂离子全电池以涂覆在铜箔上的石墨层作为对电极，纯锂片层导电性远低于铜箔，容易造成锂片层内部电势分布不均匀，并且纯锂片层可以提供近似于无限的“锂”源，理论循环寿命高于石墨对电极；其次，扣式半电池正极涂覆量一般低于全电池，而电解液添加量比例远远高于锂离子全电池，这些都会导致造成扣式半电池性能测试结果与全电池有明显差别。
[0010]本专利技术通过将负极片中的石墨层与铜箔的组合用锂片层与铜箔的组合代替，其技术优势是，一方面避免了石墨层边缘掉料而导致测试准确性下降的问题，另一方面当正极涂覆量在一定范围内变化时(
±
30g/m2)，对应的锂片层与铜箔的最佳尺寸组合依然具有较好的准确性，即可以用一种组合的负极圆片测试评估一系列不同正极涂覆量的全电池，提高准确性的同时节省了大量的测试资源。
[0011]引入参比电极的三电极电池是目前用于评估全电池电压性能最常用的电池体系之一，本专利技术的测试评估方法对三电极的电池性能的评估也具有适用性，准确度高。
[0012]作为优选，步骤A)中，所述的正极材料选用NCM三元层状材料，所述的正极导电剂为碳纳米管或石墨烯，所述的正极粘结剂为聚偏氟乙烯。
[0013]作为优选，步骤A)中，正极材料：正极导电剂：正极粘结剂的质量比为80
‑
90：5
‑
10：
5
‑
10。
[0014]作为优选，步骤A)中，所述的铝箔的厚度为15
‑
20μm。
[0015]作为优选，步骤C)中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用扣式半电池评估软包锂离子全电池性能的方法，其特征是，包括步骤如下：A）制作正极片：将正极材料、正极导电剂和正极粘结剂混合均匀后涂覆在铝箔上，涂覆量为75
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125g/m2或130
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180g/m2，涂布干燥后压实制成正极片；B）制作负极片：正极涂覆量为75
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125g/m2，选用45
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55μm厚度的锂片层作为负极材料与195
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205μm厚度的铜箔在惰性气体的氛围中20
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100个标准大气压下压制成负极片；或正极涂覆量为130
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180g/m2，选用60
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70μm厚度的锂片层作为负极材料与180
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190μm厚度的铜箔在惰性气体的氛围中20
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100个标准大气压下压制成负极片；C）按照负极片、隔膜、正极片的顺序组装成两电极体系的扣式半电池，并将电解液注入扣式半电池内；或者按照负极片、隔膜、参比电极、隔膜、负极片的顺序组装成三电极体系的扣式半电池，并将电解液注入扣式半电池内；D）将步骤C）制得的电池室温放置，充放电2
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4周，记录电池标准容量，然后在室温下循环200
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400周，记录电池容量保持率。2.根据权利要求1所述的一种用扣式半电池评估软包锂离子全电池性能的方法，其特征是，步骤A）中，所述的正极材料选用NCM三元层状材料，所述的正极导电剂为碳纳米管或石墨烯，所述的正极粘结剂为聚偏氟乙烯。3.根据权利要求1所述的一种用扣式半电池评估软包锂离子全电池性能的方法，其特征是，步骤A）中，正极材料：正极导电剂：正极粘结剂的质量比为80
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【专利技术属性】
技术研发人员：宫娇娇，陈军，黄建根，郑利峰，
申请(专利权)人：万向一二三股份公司，
类型：发明
国别省市：