[發明專利]一種鋰電池充放電性能與充放電機理的分析測試方法

在審

• 申請號: 201710141678.5
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN107024662A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 丁瑋;王建明;李娜;姚策
• 申請（專利權）人: 天津輕工職業技術學院
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司12209
• 代理人: 王利文

技術領域

本發明屬于鋰電池充放電測試技術領域，涉及鋰電池測試技術和階段性表征分析技術，尤其是一種鋰電池充放電性能與充放電機理的分析測試方法。

背景技術

目前，鋰電池憑借其體積小、容量大和工作電壓穩定等優點而成為了非常有潛力的新型能源載體。深入了解鋰電池內部的工作原理、電池在充放電過程中活性物質的變化以及反應進行的程度是鋰電池設計、研發工作中的重要環節。在研發、制備鋰電池的過程中均需要對鋰電池的性能以及充放電工作原理進行分析與測試。

然而，目前國內市場上的X射線衍射儀和原位X射線衍射儀無法有效檢測不同溫度下電極在不同充放電階段的產物變化。其原因為：一方面，(原位)X射線衍射儀均是獨立的儀器設備，無法與型號不同的電池測試設備與高低溫試驗箱協同工作；另一方面，X射線無法射穿電池外殼而對電極產物進行表征。

根據國外文獻的記載，現有可以測試電極產物的原位X射線衍射儀均為自行設計、改造的個性化測試設備，不僅價格昂貴而且不具有通用性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種設計合理、測試成本低且測試方法具有通用性的鋰電池充放電性能與充放電機理的分析測試方法。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種鋰電池充放電性能與充放電機理的分析測試方法，包括以下步驟：

步驟1、將電極活性物質顆粒制作成鋰電池電極，分別對電極活性物質顆粒和鋰電池電極進行X射線衍射分析后將該鋰電池電極裝配成鋰電池；

步驟2、在進行鋰電池充放電性能測試前對鋰電池進預處理；

步驟3、將鋰電池在不同溫度和不同電流下進行鋰電池充放電性能測試，并計算其在不同溫度和不同電流下充放電電流，繪制鋰電池充放電曲線圖；

步驟4、在步驟3的鋰電池充放電曲線圖中找到電極反應的拐點，并將該拐點設置為鋰電池充放電過程的切斷點；

步驟5、在不同切斷點處停止鋰電池的充放電過程后，在惰性氣體環境中拆解鋰電池并剝離電極后保存在惰性氣體環境中；

步驟6、通過對不同切斷點下的鋰電池電極片進行X射線衍射分析，檢測鋰電池電極的充放電產物變化；

步驟7、根據不同切斷點的充放電產物推導鋰電池電極充放電的反應機理方程式，從而推斷分析鋰電池充放電反應過程的進行程度和電極反應的機理。

而且，所述步驟1的具體方法為：對用以制作鋰電池電極的活性物質顆粒進行X射線衍射分析后，用電極活性物質顆粒制作鋰電池電極；然后對鋰電池電極進行X射線衍射分析后，判定所述活性物質顆粒與鋰電池電極的相組成以及活性物質顆粒中各元素的分布是否均勻；最后將鋰電池電極裝配成鋰電池；

而且，所述步驟2的預處理方法為：在鋰電池外側涂覆真空脂后，將其置于高低溫試驗箱中，設置保溫溫度為80℃，保溫2小時；

而且，所述步驟3的將鋰電池在不同溫度和電流下進行鋰電池充放電性能測試的具體步驟為：

(1)分別設置室溫測試溫度為20℃、低溫測試溫度為-10℃和高溫測試溫度為40℃和80℃、電流充放電倍率為0.1C、0.5C、1C和2C；

(2)在室溫測試時，將電池電池靜置5分鐘；在高溫或低溫測試時，將鋰電池靜置30分鐘，以保證電池內外的溫度平衡；

(3)選擇0.1C、0.5C、1C和2C中任一電流充放電倍率，進行鋰電池恒流放電測試，設置鋰電池放電終止電壓為1.0V；

(4)恒流放電測試結束后，將鋰電池靜置30分鐘；

(5)選擇0.1C、0.5C、1C和2C中任一電流充放電倍率，進行鋰電池恒流充電測試，使充電電流與放電電流大小相同，并設置鋰電池充電終止電壓為2.5V；

(6)恒流充電測試結束后，將鋰電池靜置5分鐘；

(7)設置充電電壓為2.3V，充電終止條件為充電電流小于0.05C，進行鋰電池恒壓充電測試；

(8)恒壓充電測試結束后，將鋰電池靜置30分鐘；

(9)返回步驟3，在不同溫度和電流充放電倍率下，依照步驟(3)至步驟(8)依次循環往復進行鋰電池充放電性能測試。

而且，所述步驟3的計算鋰電池在不同溫度和不同電流下充放電電流的具體方法為：

采用如下所示的鋰電池充、放電電流的計算公式，計算鋰電池充放電電流：

充、放電電流＝電極中活性物質的質量×活性物質理論容量×電流充放電倍率

其中，活性物質理論容量計算公式如下：