【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，具体而言，涉及正极材料、锂电池、锂离子扩散系数的测试方法及装置。
技术介绍
1、动力电池应用要求正极材料具有优异的倍率性能以实现快充功能，而储能领域要求电池具有较好低温(-10℃)性能，避免锂枝晶导致短路甚至发生火灾，这些都与锂离子在电极材料中的固相扩散系数有关，锂离子扩散系数是衡量材料倍率性能和电池电化学仿真建模必不可少的参数之一。准确确定正极材料的锂离子扩散系数，有利于准确确定正极材料的性能和设计锂电池，以及监控锂离子电池的性能。
2、gitt具有设备简单、操作便捷等优点，目前常用恒电流间歇滴定法(gitt方法)测试正极材料中锂离子扩散系数，但是，恒电流间歇滴定法中需要测试正极材料的摩尔体积vm、表面积s，而其摩尔体积vm测试困难、表面积s的选取不一致，进而影响测试结果的准确性。例如，对于经过碳包覆的磷酸锰铁锂材料，使用bet进行颗粒表面积s的测试，无法排除碳包覆以及添加导电剂、pvdf等添加剂所带来的比表面积的影响，进而会导致锂离子扩散系数计算结果不准确。而锂离子扩散系数不准确评估，会减缓开发快充或储能体系的进度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供正极材料、锂电池、锂离子扩散系数的测试方法及装置，提高锂离子扩散系数计算结果的准确性，进而提供具有良好的锂离子扩散性能的正极材料和锂电池，以及准确监控锂电池中锂离子扩散性能，提高安全性。
2、本专利技术是这样实现的：
3、第一方面，本专利技术提供一种正极材料，所
4、
5、其中，d为所述锂电池中锂离子扩散系数，d的范围为10-16～10-9cm2·s-1；
6、tp为所述锂电池在恒电流充电/放电时锂离子扩散时间；
7、为所述锂电池中所述正极材料颗粒的平均体积密度对应的半径；
8、δes表示弛豫时，所述锂电池电压的变化；
9、δet表示恒电流充电/放电时，随电流引起的所述锂电池电压变化。
10、在可选的实施方式中，所述正极材料颗粒的平均体积密度根据式ii计算得到，所述公式ii为：
11、其中，为所述正极材料颗粒的平均体积密度，x为所述正极材料颗粒的粒径，xa为所述正极材料累计粒度分布百分数达到a时的粒径，xb为所述正极材料累计粒度分布百分数达到b时的粒径，f(x)为所述正极材料颗粒的粒径为x时的体积密度。
12、在可选的实施方式中，所述a∈(0-10％)，所述b∈(90％-100％)
13、在可选的实施方式中，所述正极材料为磷酸铁锂，d的预设范围为10-14～10-10cm2·s-1。
14、在可选的实施方式中，所述正极材料为磷酸锰铁锂，d的预设范围为10-16～10-13cm2·s-1。
15、在可选的实施方式中，所述正极材料为镍钴锰三元材料，d的预设范围为10-13～10-9cm2·s-1。
16、在可选的实施方式中，所述正极材料为经过颗粒级配的正极材料。
17、在可选的实施方式中，对锂电池进行恒电流间歇滴定法测试，得到δes和δet。
18、在可选的实施方式中，对锂电池进行恒电流间歇滴定法测试，所述δet＝e2-e1，tp＝t2-t1；其中，e2为t2时间的电压，t2为电压恒流充电/放电结束的时间；e1为t1时间的电压，t1为欧姆极化时间。
19、在可选的实施方式中，对恒电流间歇滴定法测试得到恒流段电压变化量δe与时间的平方根作图并进行两段线性拟合，拟合得到的两段直线的交点横坐标作为t1。
20、在可选的实施方式中，在电化学工作站上进行所述恒电流间歇滴定法测试流程中，先调整电流密度为0.03-0.09c，电压区间为c-d，恒电流时间为20-30min，随后静置弛豫时间3-5h，重复恒电流充电/放电和静置弛豫程序，直至电池电压达到测试规定的区间的上下限；其中，c为1.5-2.5v，d为3.5-5v。
21、第二方面，本专利技术提供一种锂电池，包括前述任意一项所述的正极材料。
22、第三方面，本专利技术提供一种前述锂电池中锂离子扩散系数的测试方法，包括：
23、获取锂电池的参数tp、δes和δet的值；
24、基于tp、δes和δet的值和所述公式i，计算得到所述锂电池的锂离子扩散系数d；
25、判断锂离子扩散系数d在预设范围内的情况下，确定所述锂电池的性能正常；
26、在锂离子扩散系数d不在预设范围内的情况下，确定所述锂电池的性能异常。
27、第四方面，本专利技术提供一种前述锂电池中锂离子扩散系数的测试装置，包括：
28、数据收集系统，用于收集锂电池的tp、δes和δet；
29、数据计算系统，用于根据公式i计算锂电池的扩散系数d；
30、数据反馈系统，用于判断扩散系数d是否在预设范围内，判断锂离子扩散系数d在预设范围内的情况下，确定所述锂电池的性能正常；在锂离子扩散系数d不在预设范围内的情况下，确定所述锂电池的性能异常。
31、本申请具有以下有益效果：
32、本申请优化了gitt计算公式的参数，减少了vm、s的测试，同时采用更为准确的平均体积密度对应的半径可提高对锂离子扩散系数计算的准确性，进而实现对锂电池或正极材料筛选的准确度，保证正极材料和锂电池的电化学性能和安全性能。
33、本申请中锂离子扩散系数的测试方法可应用于便携式电子产品的电源、三元、磷酸铁锂或磷酸锰铁锂快充体系的新能源汽车和无人机的动力系统、智能电网的电站等，评估不同材料、电池制备工艺及应用场景(充放电机制、温度)的锂离子扩散速率，以判定不同条件下电池内部的锂离子的扩散情况，防止低温锂枝晶造成的电池短路而引发热失控、内阻较大而启动或充电较慢等情况，快速排查原因，提高电池使用效果与扩大应用范围。
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1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料用于制备锂电池，所述锂电池满足以下公式I：
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料颗粒的平均体积密度根据式II计算得到，所述公式II为：
3.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述a∈(0-10％)，所述b∈(90％-100％)。
4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料为磷酸铁锂，D的预设范围为10-14～10-10cm2·S-1；
5.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，ΔEs和ΔEt通过对所述锂电池进行恒电流间歇滴定法测试得到。
6.根据权利要求5所述的正极材料，其特征在于，所述ΔEt＝E2-E1，tp＝t2-t1；其中，E2为t2时间的电压，t2为电压恒流充电/放电结束的时间；E1为t1时间的电压，t1为欧姆极化结束的时间；
7.根据权利要求6所述的正极材料，其特征在于，对恒电流间歇滴定法测试得到的恒流段电压变化量ΔE与时间的平方根作图并进行两段线性拟合，拟合得到的两段直线的交点横坐标作为t1。
9.一种权利要求8所述锂电池中锂离子扩散系数的测试方法，其特征在于，包括：
10.一种权利要求8所述锂电池中锂离子扩散系数的测试装置，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料用于制备锂电池，所述锂电池满足以下公式i：
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料颗粒的平均体积密度根据式ii计算得到，所述公式ii为：
3.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述a∈(0-10％)，所述b∈(90％-100％)。
4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料为磷酸铁锂，d的预设范围为10-14～10-10cm2·s-1；
5.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，δes和δet通过对所述锂电池进行恒电流间歇滴定法测试得到。
6.根据权利要求5所述的正极...
【专利技术属性】
技术研发人员：王文，常清泉，张斌，
申请(专利权)人：上海兰钧新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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