一种软包锂离子电池失效分析方法与流程

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种软包锂离子电池失效分析方法。

背景技术：

锂离子电池在使用或者储存过程中会出现一定概率的失效，包括极化增大、正负极材料损坏、电解液消耗、析锂、可脱嵌锂损失等，严重影响着锂离子电池的使用性能、一致性、可靠性、安全性。对锂离子电池失效进行准确诊断快速找寻引起失效的主要因素，对锂离子电池性能提升和技术发展具有深远意义。目前有关锂离子电池失效分析方法，例如阻抗法、电压容量微分法、拆解分析法等较为单一。众所周知，锂离子电池的失效机理是一个多因素影响的复杂过程。已公开的失效分析方法较为单一，不能充分、全面的说明锂离子电池的失效机理。

技术实现要素：

本发明提出的一种软包锂离子电池失效分析方法，可解决现有的对锂离子电池失效分析方法较为单一，不能充分、全面的说明锂离子电池的失效机理的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种软包锂离子电池失效分析方法，包括以下步骤：

(1)记录电池失效前容量q0和失效后容量q1，本发明中提到的失效前是指电池化成分容后；

(2)用陶瓷剪刀从电池一边剪开，重新注入电解液后，抽真空再次封装；充分静置后，测试重注液电池容量q2以及重注液后电池深度放电容量q3；

(3)在充满惰性气体的手套箱中拆解电池，取出负极，通过原子吸收测试负极失效前、后锂含量分别为wn0％和wn1％；

(4)在充满惰性气体的手套箱中组装成正极扣电，测试失效前、后正极稳定克容量分别为c0和c1；

(5)根据上述步骤计算各个因素影响容量。

进一步的，q0、q1、q2测试工步为：以1c倍率充电至截止电压停止，静置1h以上，再转恒压充电至电流≤0.05c停止，静置1h以上，再以1c倍率将电池放电至规定下限电压停止，静置1h以上，循环3周，三周的平均值即为q0、q1、q2。

进一步的，步骤(2)中重新注液前需将电池以0.04c倍率放电至空电。

进一步的，步骤(2)中深度放电容量测试工步：以1c倍率充电至截止电压停止，静置1h以上，再转恒压充电至电流≤0.05c停止，静置1h以上，再以1c倍率将电池放电至规定下限电压停止，静置1h以上，再0.1c恒流放电至至下限电压，接着0.01c恒流放电至下限电压，0.01c恒流放电循环3次，1c、0.1c、0.01c放电的总和记为q3。

进一步的，步骤(3)中拆解前将电池以0.04c倍率放电至空电：

进一步的，步骤(4)正极克容量测试工步：以0.1c倍率充电至截止电压停止，静置10min以上，再转恒压充电至电流≤0.05c停止，静置10min以上，再以0.1c倍率将电池放电至规定下限电压停止，静置1h以上，循环5周，正极稳定克容量取后四周平均值。

进一步的，步骤(5)各个影响影响容量计算公式如下：(1)总容量损失δq＝q1-q0；(2)极化影响容量＝q3-q2；(3)电解液影响容量＝q2-q1；(4)正极结构破坏影响容量＝(c0-c1)*正极活性物质质量/1000；(5)负极副产物影响容量＝(wn1％-wn0％)*负极涂布质量/li*f；

其中li的相对原子质量为6.94g/mol，f为法拉第常数，f＝96438c/mol或f＝26.8ah/mol。

由上述技术方案可知，本发明的软包锂离子电池失效分析方法，能够综合极化、电解液、材料、副反应等多个因素全面分析锂离子电池失效机理，通过计算能够得到各个因素影响大小，从而直观、准确地找到锂离子电池失效主要因素。

综上本发明提出了一种软包锂离子电池失效分析方法，能够清楚、直观地得到各个因素对锂离子电池失效的影响，分析其影响失效的主要因素，有针对性对电池进行改善，有利于提高电池的循环以及安全性能。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2为本发明中实施例1锂离子电池循环曲线；

图3为本发明实施例1锂离子电池失效前、后正极克容量曲线；

图4为本发明实施例1锂离子电池各成分影响容量。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本实施例所述的软包锂离子电池失效分析方法，包括以下步骤：

s100、记录电池失效前容量q0和失效后容量q1，所述失效前是指电池化成分容后；

s200、用陶瓷剪刀从电池一边剪开，重新注入电解液后，抽真空再次封装，静置后，测试重注液电池容量q2以及重注液后电池深度放电容量q3；

s300、在充满惰性气体的手套箱中拆解电池，取出负极，通过原子吸收测试负极失效前、后锂含量分别为wn0％和wn1％；

s400、在充满惰性气体的手套箱中组装成正极扣电，测试失效前、后正极稳定克容量分别为c0和c1；

s500、根据上述步骤计算影响因素容量。

所述q0、q1、q2测试工步分别为：

以1c倍率充电至截止电压停止，静置1h以上，再转恒压充电至电流≤0.05c停止，静置1h以上，再以1c倍率将电池放电至设定下限电压停止，静置1h以上，循环3周，三周的平均值即为q0、q1、q2。

其中，所述s200中重新注液前将电池以0.04c倍率放电至空电。

其中，所述步骤s200中深度放电容量测试工步：

以1c倍率充电至截止电压停止，静置1h以上，再转恒压充电至电流≤0.05c停止，静置1h以上，再以1c倍率将电池放电至规定下限电压停止，静置1h以上，再0.1c恒流放电至至下限电压，接着0.01c恒流放电至下限电压，0.01c恒流放电循环3次，1c、0.1c、0.01c放电的总和记为q3。

其中，所述s300中拆解前将电池以0.04c倍率放电至空电。

其中，所述s400中正极克容量测试工步：

以0.1c倍率充电至截止电压停止，静置10min以上，再转恒压充电至电流≤0.05c停止，静置10min以上，再以0.1c倍率将电池放电至规定下限电压停止，静置1h以上，循环5周，正极稳定克容量取后四周平均值。

其中，所述s500影响影响容量计算方法如下：

(1)总容量损失δq＝q1-q0；

(2)极化影响容量＝q3-q2；

(3)电解液影响容量＝q2-q1；

(4)正极结构破坏影响容量＝(c0-c1)*正极活性物质质量/1000；

(5)负极副产物影响容量＝(wn1％-wn0％)*负极涂布质量/li*f；

其中li的相对原子质量为6.94g/mol，f为法拉第常数，f＝96438c/mol或f＝26.8ah/mol。

以下具体举例说明：

实施例1

如图2、图3、图4所示，实施例中所用电池均为铁锂叠片软包电池，所注电解液为配套铁锂电解液。其中正极材料为磷酸铁锂，负极材料为石墨，极片的尺寸为12.3cm*9.3cm，容量约为6.8ah。

(1)25℃1c循环失效前容量q0和失效后容量q1分别为6.464ah和5.154ah，

(2)重新注入电解液，充分静置后，重注液电池容量q2以及重注液后电池深度放电容量q3分别为5.207ah和5.213ah。

(3)通过原子吸收测试负极失效前、后锂含量分别为1.00％和2.37％。

(4)失效前、后正极稳定克容量c0、c1分别为156.96mah/g和149.81mah/g；

(5)根据上述步骤计算各个因素影响占比如下表：

总容量损失δq＝q1-q0＝1.311ah，极化影响容量＝q3-q2＝0.006ah，电解液影响容量＝q2-q1＝0.053ah，正极结构破坏影响容量＝(c0-c1)*活性物质质量/1000＝0.345ah，负极副产物影响容量＝(wn1％-wn0％)*涂布质量/6.94％*26.8＝1.285ah。

表125℃循环后各成分失效影响容量

实施例2

实施例中所用电池均为铁锂叠片软包电池，所注电解液为配套铁锂电解液。其中正极材料为磷酸铁锂，负极材料为石墨，极片的尺寸为12.3cm*9.3cm，容量约为6.8ah。

(1)45℃1c循环失效前容量q0和失效后容量q1分别为6.786ah和1.910ah，

(2)重新注入电解液，充分静置后，重注液电池容量q2以及重注液后电池深度放电容量q3分别为4.805ah和4.9347ah。

(3)通过原子吸收测试负极失效前、后锂含量分别为0.83％和2.10％。

(4)失效前、后正极稳定克容量c0、c1分别为157.74mah/g和142.11mah/g；

(5)根据上述步骤计算各个因素影响占比如下表：

总容量损失δq＝q1-q0＝4.876ah，极化影响容量＝q3-q2＝0.130ah，电解液影响容量＝q2-q1＝2.894ah，正极结构破坏影响容量＝(c0-c1)*活性物质质量/1000＝0.754ah，负极副产物影响容量＝(wn1％-wn0％)*涂布质量/6.94％*26.8＝1.195ah。

表245℃循环后各成分失效影响容量

从上述数据可以看出，25℃循环失效过程中负极副产物消耗占主导，这是因为在循环过程中负极出现析锂现象。45℃循环过程中电解液影响占主导，其次是负极副产物消耗影响，这是因为高温循环过程电解液容易被分解生成气体，进一步影响电池界面，导致副产物增加。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。