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一种采用扣式电池评价循环后 锂离子电池 电极材料的方法

阅读：619发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种采用扣式电池评价循环后锂离子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，真空烘烤；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。本发明一方面能够将循环后电池的正负极极片组装成扣电电池，另一方面能对脱嵌锂反应后的电极极片材料进行电性能测试。，下面是一种采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法，其特征在于，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，真空烘烤；
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。
2.根据权利要求1所述的采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法，其特征在于，锂离子电池为进行充放电测试后的电池，取出的电池极片包栝正负极极片。
3.根据权利要求1所述的采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法，其特征在于，所述步骤S1中的锂离子电池正极为三元材料，负极为硅氧、硅碳和石墨材料的任何一种。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法，其特征在于，所述步骤S2中正极极片用N-甲基吡咯烷酮擦拭，负极用去离子水擦拭极片的一面。
5.根据权利要求4所述的采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法，其特征在于，所述步骤S2中烘烤温度为20-115℃，真空度为40-1000Pa，时间为3-36h。
6.根据权利要求1或2所述的采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法，其特征在于，所述步骤S3中冲片的圆片直径为Φ5-50mm，电池壳型号为2450。
7.根据权利要求1所述的采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法，其特征在于，所述步骤S4中所述的电化学性能是指充放电测试。
8.根据权利要求1所述的采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法，其特征在于，所述的电性能测试中正极极片组装成的扣式电池所用的充放电倍率为0.1-1C，充放电截止电压分别为2.75V和4.3V，负极极片组装成的扣式电池所用的充放电倍率为
0.03C，充放电截止电压分别为1.5V和0.05V。

说明书全文

一种采用扣式电池评价循环后 锂离子电池 电极材料的方法

技术领域

[0001] 本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法。

背景技术

[0002] 锂离子电池因其比能量高、寿命长和无记忆效应等优点，在3C产品和新能源汽车领域得到了广泛的应用。锂离子电池在充放电测试和存储过程中，由于SEI膜的形成、锂的不可逆脱嵌、电极表面副反应和锂沉积等原因造成不可逆锂源的损失，同时电池活性物质的结构变化、活性材料脱落等引起极片上活性物质的损失，导致电池极片活性物质的容量发挥减少。

[0003] 目前，对于电极材料组装成电池前的电性能测试手段较为成熟，而对电极材料组装成电池并进行脱嵌锂反应后的电性能测试问题亟待解决。在锂电池的研究中，需要一种继续新的检测手段，用于全面评价电极材料在锂电池体系的表现。

发明内容

[0004] 本发明目的在于提供一种采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法，以解决电极材料组装成电池并进行脱嵌锂反应后的电性能测试的技术问题。

[0005] 为实现上述目的，本发明的一种采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法的具体技术方案如下：

[0006] 一种采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法包括以下步骤：

[0007] S1、拆解锂离子全电池，取出电池电极极片；

[0008] S2、擦拭掉步骤S1得到的极片的一面，真空烘烤；

[0009] S3、将步骤S2中得到的极片进行冲片，并组装成扣式电池，将极片冲成与扣式电池壳型号相匹配的圆形极片，按正极壳、极片(无活性物质的一面和正极壳接触)、隔膜、锂片、不锈钢片、弹片和负极壳的顺序依次组装成扣式电池；

[0010] S4、将步骤S3得到的扣式电池进行电化学性能测试；

[0011] 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；

[0012] 在本发明中，优选的，步骤S1中的锂离子电池正极为三元材料，负极为石墨、硅碳或硅氧材料中一种，锂离子电池为进行充放电测试后的电池，取出的电池极片包栝正负极极片。

[0013] 在本发明中，优选的，步骤S2中正极极片用NMP(N-甲基吡咯烷酮)擦拭，负极用去离子水擦拭极片的一面，擦拭极片的一面是组装扣电时只需要极片单面的活性物质发挥容量。烘烤温度为20-115℃，真空度为40-1000Pa，时间为3-36h，擦拭之后需要烘烤以除去擦拭所用的溶剂。

[0014] 在本发明中，优选的，步骤S3中冲片的圆片直径为Φ5-50mm，电池壳型号为2450。

[0015] 在本发明中，优选的，步骤S4中所述的电化学性能是指充放电测试。

[0016] 在本发明中，优选的，所述的电性能测试中正极极片组装成的扣式电池所用的充放电倍率为0.1-1C，充放电截止电压分别为2.75V和4.3V，负极极片组装成的扣式电池所用的充放电倍率为0.03C，充放电截止电压分别为1.5V和0.05V。

[0017] 本发明采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法具有以下优点：提供了一种将循环后的电极极片制作成扣式电池的方法，能够用于电极材料在锂电池体系中的电性能评价，并准确地测试不同电极材料经充放电反应后的电化学性能。附图说明

[0018] 图1为本发明的一种采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法的操作流程图；

[0019] 图2为本发明的一种采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法的实施例1测试数据；

[0020] 图3为本发明的一种采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法的实施例2测试数据。

具体实施方式

[0021] 为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法做进一步详细的描述。

[0022] 如图1-图3所示，本发明的目的在于采用扣式电池评测脱嵌锂反应后锂电池电极材料的电性能。

[0023] 实施例1：

[0024] 对扣式电池型号为2450，正极为高镍三元材料，负极为锂片的电池电极进行测试：

[0025] 一种采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法包括以下步骤：

[0026] S1、锂离子电池为进行充放电测试后的电池，拆解锂离子全电池，取出电池电极极片，取出的电池极片包栝正负极极片；

[0027] S2、对步骤S1中正极极片用NMP(N-甲基吡咯烷酮)擦拭，负极用去离子水擦拭极片的一面，擦拭极片的一面是组装扣电时只需要极片单面的活性物质发挥容量。烘烤温度为20-115℃，真空度为40-1000Pa，时间为3-36h，擦拭之后需要烘烤以除去擦拭所用的溶剂；

[0028] S3、将步骤S2中得到的极片进行冲片，冲片的圆片直径为Φ5-50mm，并组装成扣式电池，将极片冲成与扣式电池壳型号相匹配的圆形极片，按正极壳、极片(无活性物质的一面和正极壳接触)、隔膜、锂片、不锈钢片、弹片和负极壳的顺序依次组装成扣式电池；

[0029] S4、将步骤S3得到的扣式电池进行充放电测试，测试中正极极片组装成的扣式电池所用的充放电倍率为0.1-1C，充放电截止电压分别为2.75V和4.3V，负极极片组装成的扣式电池所用的充放电倍率为0.03C，充放电截止电压分别为1.5V和0.05V；

[0030] 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；

[0031] 对实施例1电化学测试数据如图2所示：

[0032] 附图2中a-f分别表示的是不同镍含量的镍钴锰(NCM)三元材料在全电池(NCM/硅氧体系)中循环100周前后的扣电放电曲线图：

[0033] a)NCM811循环后；b)NCM622循环后；c)NCM523循环后；d)NCM523循环前；e)NCM622循环前；f)NCM811循环前的扣电放电曲线图。

[0034] 从图2可知，NCM523、NCM622和NCM811三种材料循环前的克容量分别为175mAh/g、182mAh/g和185mAh/g，在全电池中进行1C充放电100周循环后，NCM523、NCM622和NCM811的克容量分别下降了10mAh/g、27mAh/g和35mAh/g，从测试结果可知，循环100周后的NCM811材料的克容量最低，为150mAh/g，NCM622材料克容量次之，为155mAh/g，NCM523材料的克容量最高，为165mAh/g。

[0035] NCM三元材料中镍含量越高，在电化学反应中越易发生副反应，如锂镍混排效应以及NCM材料表面的电解液氧化反应等，经长期循环后，高镍三元材料表面CEI膜增厚和颗粒破碎，极化增大，内阻增加，进而使材料的克容量发挥减小，故循环后的高镍NCM811材料的克容量最低，NCM622次之，NCM523的克容量最高，这与上述测试结果相一致。

[0036] 实施例2：

[0037] 对扣式电池型号为2450，正极为锂片，负极为硅氧/硅碳/石墨材料中的一种电池电极进行测试：

[0038] 一种采用扣式电池评价循环后锂离子电池电极材料的方法包括以下步骤：

[0039] S1、锂离子电池为进行充放电测试后的电池，拆解锂离子全电池，取出电池电极极片，取出的电池极片包栝正负极极片；

[0040] S2、对步骤S1中正极极片用NMP(N-甲基吡咯烷酮)擦拭，负极用去离子水擦拭极片的一面，擦拭极片的一面是组装扣电时只需要极片单面的活性物质发挥容量。烘烤温度为20-115℃，真空度为40-1000Pa，时间为3-36h，擦拭之后需要烘烤以除去擦拭所用的溶剂；

[0041] S3、将步骤S2中得到的极片进行冲片，冲片的圆片直径为Φ5-50mm，并组装成扣式电池，将极片冲成与扣式电池壳型号相匹配的圆形极片，按正极壳、极片(无活性物质的一面和正极壳接触)、隔膜、锂片、不锈钢片、弹片和负极壳的顺序依次组装成扣式电池；

[0042] S4、将步骤S3得到的扣式电池进行充放电测试，测试中正极极片组装成的扣式电池所用的充放电倍率为0.1-1C，充放电截止电压分别为2.75V和4.3V，负极极片组装成的扣式电池所用的充放电倍率为0.03C，充放电截止电压分别为1.5V和0.05V；

[0043] 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；

[0044] 对实施例2电化学测试数据如图3所示：

[0045] 附图3中g-l分别表示的是硅氧、硅碳和石墨负极材料在全电池(NCM为正极材料)中循环100周前后的扣电放电曲线图：

[0046] g)硅氧材料循环前；h)硅氧材料循环后；i)硅碳材料循环前；j)硅碳材料循环后；k)石墨材料循环前；l)石墨材料循环后的扣电放电曲线图。

[0047] 由图3可知，硅氧类、硅碳类和石墨类负极材料在全电池中循环前的克容量分别为542mAh/g、430.8mAh/g和349.4mAh/g，经全电池中循环100周后，硅氧、硅碳和石墨材料的克容量分别为471mAh/g、379.2mAh/g和323.6mAh/g，硅氧材料经循环后克容量降低最多，为
71mAh/g，硅碳材料克容量损失为51.6mAh/g，而石墨材料循环后的克容量最低，为25.8mAh/g。由于此三种负极材料在嵌锂过程中易发生体积膨胀效应，且硅氧和硅碳的体积膨胀效应较强，石墨的体积膨胀效应较低，在全电池中进行充放电循环后，硅氧材料由于膨胀效应易发生颗粒破碎，且伴随着单晶硅的形成，使得克容量损失最大，硅碳材料克容量损失次之，石墨材料的克容量损失相对最少，这与上述测试结果相一致。

[0048] 由此可见，该测试方法能够很好地反应不同电极材料体系在循环(多次充放电反应)后的容量发挥情况，进而探究不同电极材料体系在电化学反应中的极化情况。

[0049] 可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

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