[發明專利]一種測定鋰離子電池用PTC材料性能的方法

在審

• 申請號: 201610023753.3
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN106970123A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 范茂松;劉道坦;徐彬;于文海
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院;國家電網公司;國網河北省電力公司
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01D21/02;G01R31/00;G01R31/02
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及一種材料性能的測定方法，具體涉及一種測定鋰離子電池用PTC材料性能的方法。

背景技術

鋰離子電池的安全事故多，是由于大電流、外部短路、過熱、過充電等不當使用情況下引發電池的熱失控，導致電池起火甚至爆炸。提高鋰離子電池使用中的安全性一直是鋰離子電池研究的重大技術問題。

PTC(Positive Temperature Coefficient)正溫度系數材料是指材料的電阻值隨溫度的升高而上升的一種熱敏材料，即材料的電阻或者電阻率在某一定的溫度范圍內時基本保持不變或僅有微小量的變化。而當溫度達到材料的某個特定的轉變點溫度(居里溫度)附近時，材料的電阻率會在幾度或十幾度狹窄的溫度范圍內發生突變，電阻率迅速增大103-109數量級。PTC熱敏電阻本體溫度的變化可以由流過PTC熱敏電阻的電流來獲得，也可以由外界輸入熱量或者這二者的疊加來獲得。

合適的PTC材料(或者制作成期間)可以裝配到電池內部，或者復合于電池的電極內部，可以在電池大電路、短路、過充等導致電池溫度升高時，降低流經電極的電流，起到保護電池的作用，同時，電池內阻的急速增大引起電端電壓的顯著變化，使電池管理系統盡早啟動保護，也起到保護電池的作用。再者，PTC材料在溫度變化導致內阻急劇變化時，PTC材料體積會增大，內部可以吸收電池極片外部的電解液，一定程度上也有利于提高電池的安全性，這種基于PTC材料的電池自激發保護措施對提高鋰離子儲能電池的安全性具有重要的實用價值，PTC材料的應用是近年來國內外鋰離子電池安全性能改善技術的主要研究方向之一。

目前針對PTC材料在鋰離子電池中的應用研究，主要是某種材料在電池中的應用方法以及應用后對電池性能的影響，因此需要提供一種測定鋰離子電池用PTC材料性質的方法，以為鋰離子電池用PTC材料的選擇提供詳實的數據，進而提高安全性。

發明內容

本發明提供一種測定鋰離子電池用PTC材料性能的方法，通過該方法可以準確選擇出適用于鋰離子電池的PTC材料，既保證了鋰離子電池的電化學性能，又提高了其安全性能。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種測定鋰離子電池用PTC材料性能的方法，該方法包括以下步驟：

1)測量PTC材料的玻璃化轉變溫度；

2)測量PTC復合電極發生PTC效應的溫度；

3)測量PTC復合電極的鋰離子電池在不同溫度下的電阻；

4)檢測PTC復合電極的鋰離子電池的電化學性能和安全性能。

一種測定鋰離子電池用PTC材料性能的方法的第一優選方案，測量PTC材料的玻璃化轉變溫度包括：取PTC材料，用熱重分析儀進行測量，測量溫度為室溫到200℃，升溫速率為2-4℃/min，測量氣氛為氮氣。

一種測定鋰離子電池用PTC材料性能的方法的第二優選方案，選擇用于鋰離子電池的PTC材料的玻璃化轉變溫度范圍為70-130℃。

一種測定鋰離子電池用PTC材料性能的方法的第三優選方案，測量PTC復合電極發生PTC效應的溫度的方法為：

(1)制備復合電極，復合電極中導電劑和PTC材料的比例為4:1～9:1，復合電極的干燥溫度不高于70℃；

(2)將所述復合電極放在可變溫探針臺上，給探針臺升溫到150℃，升溫速率不超過5℃/min，在開始升溫的同時，開啟四探針測試儀的電阻測試，記錄復合電極在升溫過程中的電阻變化及發生PTC效應對應的溫度。

一種測定鋰離子電池用PTC材料性能的方法的第四優選方案，測量PTC復合電極的鋰離子電池在不同溫度下的電阻的方法為：

首先測試一下電池在室溫的交流阻抗，然后開始升溫，升溫后的測試溫度從50℃開始，每升高5℃后，靜置1小時，然后測試電池的交流阻抗，測試完成后，繼續升溫，最高測試到150℃。

一種測定鋰離子電池用PTC材料性能的方法的第五優選方案，用于鋰離子電池的不同溫度下的電阻與室溫下的電阻對比所得升阻比至少為102以上。

一種測定鋰離子電池用PTC材料性能的方法的第六優選方案，使用電池測試儀測量電化學性能和安全性能，電化學性能測試內容主要包括：電池室溫下的循環性能、電池高溫下的循環性能，電池的倍率充放電性能、電池的高低溫充放電性能；所述安全性能測試內容主要包括：過充電測試、短路測試、加熱測試。

與最接近的現有技術相比，本發明的優異效果如下：