[發明專利]一種電極材料快充性能的電化學評價方法

在審

• 申請號: 201710573956.4
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN109254036A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 張潔;喻寧波;熊亞超;吳敏昌;喬永民;王益;姜寧林
• 申請（專利權）人: 上海杉杉科技有限公司
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26
• 代理公司: 上海宣宜專利代理事務所(普通合伙) 31288
• 代理人: 劉君

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體地說是一種電極材料快充性能的電化學評價方法，其特征在于，包括下述步驟：將電極材料、粘結劑和導電碳在分散劑中混合成均勻的漿料，涂覆于集流體上，烘干、裁剪，制得待測試電極，然后與隔膜、電解液、金屬鋰片和填充物組裝成扣式半電池；對扣式半電池進行活化；確定扣式半電池的可逆容量；在充放電設備上進行恒電流間歇滴定測試。本發明的有益效果是，其評價方法結果準確性高，重現性好；評價方法使用快捷，方便，方法簡單易行，適合于對電極材料的快充性能進行快速評價。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體地說是一種電極材料快充性能的電化學評價方法。

背景技術

鋰離子二次電池是新能源轉換、存儲和利用的重要裝置，對下一代信息通訊技術、智能電網建設和新能源汽車的普及具有積極促進作用。目前，鋰離子電池雖已廣泛應用，但其在能量密度、功率密度、循環壽命、安全性和價格等方面仍不能完全滿足社會和科技發展的要求。其中，鋰離子電池的快速充電能力是普及電動汽車的主要技術瓶頸之一。

鋰離子電池的工作性能主要取決于正極和負極材料體系的選擇和配對。只有選擇能快速充電的正負極材料，才能實現具有快速充電能力的鋰離子電池。因此，如何準確評價電極材料的快速充電能力是材料研發、生產和銷售過程中急需解決的問題。

目前，用于評價電極材料快充能力的方法，主要是比較不同充電倍率下的充電容量。然而，影響該評價方法的因素有很多，包括：電極材料、電解液和隔膜等，不能準確反映電極材料的快充性能。

通過比較鋰離子在電極材料中的擴散速率，可以準確反映電極材料的快充能力。目前，計算鋰離子擴散系數的方法主要有：循環伏安法(CV)、電化學交流阻抗法(EIS)、恒電位間歇滴定法(PITT)和恒電流間歇滴定(GITT)等。但是，CV得到的只是表觀擴散系數，而EIS只適合阻抗圖中存在Warburg阻抗的情況。與PITT相比，GITT的方法綜合了穩態技術和暫態技術，消除了恒電位中的歐姆降問題，數據更加準確。因此，優化GITT的測試條件對于準確測量鋰離子的擴散系數和比較電極材料的快充性能，具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種通過優化GITT的測試條件來準確測量鋰離子的擴散系數并有效評價電極材料的快充性能的方法。

為實現上述目的，設計一種電極材料快充性能的電化學評價方法，其特征在于，包括下述步驟：

(1)、將電極材料、粘結劑和導電碳在分散劑中混合成均勻的漿料，涂覆于集流體上，烘干、裁剪，制得待測試電極；

(2)、在手套箱中，將待測試的電極與隔膜、電解液、金屬鋰片和填充物組裝成扣式半電池；

(3)、扣式半電池的活化：對扣式半電池進行充放電循環，電流密度為0.01～1C，負極材料的電壓為0～2.0V，正極材料的電壓為2.0～5.0V；

(4)、將所述活化步驟中的最后一周循環的可逆容量確定為扣式半電池的可逆容量；

(5)、在充放電設備上進行恒電流間歇滴定測試，步驟包括：充/放電至1％～99％荷電狀態；靜置使扣式半電池電壓達到穩態；采用恒定的電流密度0.01～10C滴定10秒～2小時，再次靜置使扣式半電池電壓達到穩態；

(6)、通過下列公式計算鋰離子的擴散系數，評價電極材料的快充能力：

其中τ是滴定的時間，m是電極材料的質量，M是電極材料的相對分子質量，A是電極材料制備成的待測試電極的表面積，V_m是摩爾體積，ΔE_s是穩態電壓的變化，ΔE_τ是暫態電壓的變化。