锂离子电池负极片电化学有效面积的测算方法与流程

本发明涉及电池，尤其是涉及一种锂离子电池负极片电化学有效面积的测算方法。

背景技术：

1、在过去的30年里，锂离子电池对储能行业变得格外重要。电极的电化学活性表面积(ecsa)是影响所有电化学测量的主要电化学因素。每个实验都涉及电压与电流关系的测量。在电压控制测量中，总电流直接取决于电极表面和电流密度。然后ecsa影响系统的所有估计电化学参数。由于表面粗糙或多层纳米颗粒叠加，ecsa或真实表面积(rsa)总是大于几何面积。差异可能超过3个数量级，导致确定的系统参数的本质不准确。

2、ecsa的研究已广泛报道于贵金属(pt,au)及其合金或玻碳电极。对于贵金属电极，使用氢吸附/解吸电荷，因为它与活性位点的数量和rsa成正比。循环伏安法(cv)实验中的双层(dl)地层电荷测量是另一种较好的ecsa估算方法。这种方法提供了准确的结果，但仅限于任何法拉第反应之外的电压范围，并且需要经验确定的比表面电荷值的知识。该方法的应用也仅限于吸附小离子(特别是氢)的系统。较大的离子会由于空间斥力的存在而呈现较小的覆盖因子，从而降低了该方法的精度。

3、以上所讨论的方法都是针对相对平坦和金属电极表面的检测而设计的。对于多孔粉体，一般采用气体吸附法或光谱法测定其表面积。最常用的技术之一是气体吸附测量。在这种方法中，吸附气体(通常是氮气)的量是指所测粉末的表面积。一般情况下，粉末的比表面积越大，电极ecsa和比功率就越高。这种效应主要是由于颗粒内部的离子扩散路径较短或高双层电荷。不幸的是，bet分析在评价电极活性表面积方面的能力有限。该技术需要高表面的粉末基材。电极质量通常应用在金属箔上，其实际表面与几何面积比低得多，导致测量精度下降。此外，粉末比表面积与电极ecsa不直接对应。ecsa可以受到厚sei层、压延后的孔隙封闭以及电解质进入颗粒表面的相互阻塞的限制。这导致bet在ecsa分析中的应用非常有限。

4、xrd技术(x射线衍射仪技术)可以非常精确地测量晶体。但该方法仅限于晶体材料，不能进行多尺寸晶粒表面积的评价。汞压法常用于孔隙分布分析。所得结果与样品表面无关，而与孔隙体积和分布有关。该方法应用于锂离子电极也受到限制。所有提出的方法都有某种局限性。它们中的大多数只能在非原位使用，这可能会影响锂离子电极的结构和ecsa的变化。对于锂离子电极，由于其对空气和水的高反应性，甚至可能导致不可逆的样品破坏。

5、因此，对于直接用于锂电生产的负极极片的电化学有效面积的测量有待解决。同时，对锂电池原位的电化学有效面积的测量，对比不同电池动力学性能的方法有待开发。

6、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种锂离子电池负极片电化学有效面积的测算方法，以解决上述问题中的至少一种。

2、本发明的第二目的在于提供一种锂离子电池负极片电化学有效面积的比较方法。

3、第一方面，本发明提供了一种锂离子电池负极片电化学有效面积的测算方法，包括以下步骤：

4、a.以待测负极片为原料制备二次电池；

5、b.调节a步骤二次电池soc，并检测二次电池的稳态电压为v；

6、c.对b步骤二次电池施加电势为采用仪器记录施加电势后电流i和电池电量q随时间t的变化曲线，当(in-i(n+1))/(t(n+1)-tn)≤10-3时，

7、其中，i(n+1)为第n+1个测量点处的电流；in为第n个测量点处的电流；t(n+1)为第n+1个测量点处的时间；tn为第n个测量点处的时间；q(n+1)为第n+1个测量点处的电池电量；qn为第n个测量点处的电池电量；q0为t为0时的电池电量；n为大于0的整数；cn为汞电极的双电层电容值。

8、作为进一步技术方案，b步骤中，调节二次电池soc的方法包括：以恒流充电至设定电压。

9、作为进一步技术方案，b步骤中，检测二次电池稳态电压的方法包括：将a步骤制备得到的二次电池搁置1.5-3h后，检测电池的开路电压5-15s，若开路电压波动小于0.1mv，则测量得到的开路电压即为稳态电压。

10、作为进一步技术方案，所述qn-q0的计算方法包括：记录施加电势后电流i随时间t的变化曲线，根据曲线与横轴在t从0至tn范围内所围成的面积计算qn-q0。

11、作为进一步技术方案，所述仪器包括电化学工作站。

12、第二方面，本发明提供了一种锂离子电池负极片电化学有效面积比较方法，包括以下步骤：

13、d.采用相同的制备方法将待测负极片制备得到二次电池；

14、e.调节d步骤各个二次电池soc，并检测二次电池的稳态电压为v；

15、f.对e步骤二次电池施加电势为采用仪器记录施加电势后电池电量q随时间t的变化曲线，相同时间内q增长快的，则待测负极片的电化学有效面积大；

16、所述

17、作为进一步技术方案，e步骤中，调节二次电池soc的方法包括：以恒流充电至设定电压。

18、作为进一步技术方案，e步骤中，检测二次电池稳态电压的方法包括：将a步骤制备得到的二次电池搁置1.5-3h后，检测电池的开路电压5-15s，若开路电压波动小于0.1mv，则测量得到的开路电压即为稳态电压。

19、作为进一步技术方案，各个二次电池的稳态电压相差不超过1％。

20、作为进一步技术方案，所述仪器包括电化学工作站。

21、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

22、本发明提供的锂离子电池负极片电化学有效面积的测算方法，该测算方法简单方便，能够准确高效的测算出锂离子电池负极片的电化学有效面积，有助于提高锂离子负极材料的检测水平和效率。

23、本发明提供的锂离子电池负极片电化学有效面积的比较方法，该比较方法简单方便，可以横向对比不同电池或不同极片的电化学有效面积大小及动力学性能差异关系，有助于提高锂离子负极材料的检测水平和效率，具有筛选电芯、对比电池动力学性能水平等电性能的检测意义。

技术特征：

1.一种锂离子电池负极片电化学有效面积的测算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的测算方法，其特征在于，b步骤中，调节二次电池soc的方法包括：以恒流充电至设定电压。

3.根据权利要求1所述的测算方法，其特征在于，b步骤中，检测二次电池稳态电压的方法包括：将a步骤制备得到的二次电池搁置1.5-3h后，检测电池的开路电压5-15s，若开路电压波动小于0.1mv，则测量得到的开路电压即为稳态电压。

4.根据权利要求1所述的测算方法，其特征在于，所述qn-q0的计算方法包括：记录施加电势后电流i随时间t的变化曲线，根据曲线与横轴在t从0至tn范围内所围成的面积计算qn-q0。

5.根据权利要求1所述的测算方法，其特征在于，所述仪器包括电化学工作站。

6.一种锂离子电池负极片电化学有效面积的比较方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的比较方法，其特征在于，e步骤中，调节二次电池soc的方法包括：以恒流充电至设定电压。

8.根据权利要求6所述的比较方法，其特征在于，e步骤中，检测二次电池稳态电压的方法包括：将a步骤制备得到的二次电池搁置1.5-3h后，检测电池的开路电压5-15s，若开路电压波动小于0.1mv，则测量得到的开路电压即为稳态电压。

9.根据权利要求6所述的比较方法，其特征在于，各个二次电池的稳态电压相差不超过1％。

10.根据权利要求6所述的比较方法，其特征在于，所述仪器包括电化学工作站。

技术总结
本发明提供了一种锂离子电池负极片电化学有效面积的测算方法，涉及电池技术领域。本发明提供的锂离子电池负极片电化学有效面积的测算方法，包括：以待测负极片为原料制备二次电池；调节二次电池SOC，并检测二次电池的稳态电压为V；对二次电池施加电势为采用仪器记录施加电势后电流I和电池电量Q随时间t的变化曲线，当(I<subgt;n</subgt;‑I<subgt;(n+1)</subgt;)/(t<subgt;(n+1)</subgt;‑t<subgt;n</subgt;)≤10<supgt;‑3</supgt;时，待测负极片电化学该测算方法简单方便，能够准确高效的测算出锂离子电池负极片的电化学有效面积，有助于提高锂离子负极材料的检测水平和效率。

技术研发人员：蒋昊宇,胡学平,杨亦双,杨庆亨
受保护的技术使用者：江苏中兴派能电池有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16