一种锂电池循环失效分析的方法及其应用与流程

本发明属于电池领域，涉及一种锂电池循环失效分析的方法及其应用。

背景技术：

1、随着电池在新能源等领域中的广泛应用，电池的性能持续性、安全持续性以及循环寿命是评价电池使用耐久性的重要指标。其中，以锂离子电池为例，锂离子电池搭载的设备装置往往需要10年以上的服务周期，这对锂离子寿命提出了更高的要求。然而，锂离子电池的循环次数有限，锂电池容量衰减不可避免，因此，找出循环失效的原因，对改善锂电池的循环寿命具有重大价值。

2、当前分析流程对应的测试项目不够全面，影响原因分析的过程，导致无法正确归因。

3、cn115524628a公开了一种软包锂离子电池容量衰退失效分析方法和系统。对失效电池和同批次正常电池同时进行小电流容量恢复，并根据小电流容量恢复结果初步判断失效电池的失效原因，室温环境下，对失效电池和同批次正常电池本身进行电化学阻抗测试，得到失效电池的阻抗失效类型。但是在分析过程中，需要用到正常电池，其检测的时长明显增强，并资源浪费。

4、cn111413635a公开了一种软包锂离子电池失效分析方法。通过记录电池失效前容量q0和失效后容量q1，把电池剪开，重新注入电解液后，抽真空再次封装、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，在充满惰性气体下拆解电池，通过原子吸收测试负极失效前、后锂含量分别为wn％和wn1％，在充满惰性气体中组装成正极扣电进行测试，测试失效前、后正极稳定克容量分别为c0和c1，根据上述步骤计算影响因素容量。但是失效分析的方法计算量大，且分析方法繁琐。

5、因此，如何对循环异常的电芯进行快速分析，寻找循环寿命失效原因，指导产品设计，制定一种锂电池循环失效的快速全面的分析方法，是本领域重要的研究方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种快速全面的锂电池循环失效分析方法及其应用。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明目的之一在于提供一种锂电池循环失效分析的方法，所述方法包括：

4、将待测电池依次进行全电池分析得到全电池分析结果；

5、将完成全电池分析的电池拆解分析得到拆解分析结果；

6、对完成全电池分析的电池进行半电池分析，得到半电池分析结果。

7、本发明对待测电池在无损状态下进行全电池分析后将电池拆解分析和半电池分析，制定了一种全面快速分析锂电池循环失效的方法。全电池分析可以确认极化、电解液量、材料衰减情况对循环的影响；电池拆解分析中，满电分析关注极片反弹、电解液量，极片分析确认材料形貌结构变化和副反应；半电池分析确认克容量损失情况、阻抗和析锂电位。本发明合理搭配全电池分析、拆解分析以及半电池分析，先进行无损分析后再进行有损分析，在降低分析成本以及提高分析效率和准确性的情况下，通过简单的测试即可对电池的循环失效进行全面的分析，得到循环寿命失效原因，进而对电池设计进行改良。

8、作为本发明优选的技术方案，所述全电池分析包括：对待测电池进行小倍率充放电测试、直流电阻(dcr)测试、电子计算机断层扫描(ct)测试、补液循环测试和电化学阻抗谱(eis)测试。

9、作为本发明优选的技术方案，对待测电池依次进行第一充放电、小倍率充放电和第二充放电，测试第一充放电和第二充放电的充放电容量。

10、本发明通过测试第一充放电和第二充放电的充放电容量的变化，可以得到可恢复容量与极化容量。

11、优选地，所述第一充放电和第二充点电的倍率为0.5～1c，其中所述倍率可以是0.5c、0.6c、0.7c、0.8c、0.9c或1c等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

12、本发明第一充放电和第二充放电的倍率相同。

13、优选地，所述小倍率充放电的倍率≤0.33c，其中所述倍率可以是0.05c、0.1c、0.15c、0.2c、0.25c、0.3c或0.33c等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

14、优选地，所述dcr测试的方法包括：测试待测电池0～100％soc的放电dcr。

15、本发明测定多个不同程度的soc的放电dcr，用于比较bol状态和循环失效电芯dcr的变化。

16、本发明在测试dcr时，用小倍率放电容量标定q，soc可以是5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

17、作为本发明优选的技术方案，所述ct测试用于检测电池内部结构构件、极耳弯折程度、卷芯弯折程度和电解液位。

18、优选地，所述补液循环测试的方法包括：待测电池补充电解液后，进行循环测试。

19、本发明补液循环测试适用于循环失效初期，可检测电解液浸润性对循环的影响。

20、作为本发明优选的技术方案，所述电池拆解分析包括：对待测电池进行正极片测试、负极片测试、隔膜测试和电解液测试。

21、本发明在对待测电池进行正极片测试、负极片测试、隔膜测试和电解液测试之前，进行满电分析，用于确认电芯内部结构状态、电解液和极片状态，若为故障电池，则进行电池拆解分析。

22、作为本发明优选的技术方案，所述正极片测试包括：待测电池的正极片分为失效区和非失效区，对失效区和非失效区的正极片分别独立地用碳酸二甲酯溶液浸泡后，进行电镜扫描(sem)测试和x射线衍射(xrd)测试。

23、本发明失效区和非失效区的正极片分别独立地用碳酸二甲酯溶液浸泡后，进行清洗和烘干，sem测试可判断正极活性颗粒形貌变化和循环的关系。

24、本发明失效区和非失效区的正极片分别独立地用碳酸二甲酯溶液浸泡后，进行清洗和烘干，xrd测试可判断正极材料晶体结构变化和循环的关系。

25、优选地，所述负极片测试包括：待测电池的负极片分为失效区和非失效区，对失效区和非失效区的负极片分别独立地进行活性物质的剥离，剥离下的活性物质研磨成粉后进行电感耦合等离子体(icp)测试。

26、本发明icp测试用于检测锂元素含量，可分析副反应的情况。

27、作为本发明优选的技术方案，所述隔膜测试包括：待测电池的隔膜分为失效区和非失效区，对失效区和非失效区的隔膜分别独立地用碳酸二甲酯溶液浸泡后，进行sem和透气性测试。

28、本发明失效区和非失效区的隔膜分别独立地用碳酸二甲酯溶液浸泡后，进行清洗和烘干，sem和透气性测试，判断隔膜孔隙情况和循环的关系。

29、优选地，所述电解液测试包括：对待测电池循环失效后的电解液进行气相色谱-质谱测试和水分含量测试。

30、本发明气相色谱-质谱测试可监控电池中电解液末期的成分及占比，判断电解液的消耗情况；本发明中水分含量测试可监控电池电解液的在工作末期的水分含量。

31、作为本发明优选的技术方案，所述半电池分析包括：将待测电池的失效区正极片、非失效区正极片、失效区负极片和非失效区负极片分别独立地组装为半电池，进行充放电测试。

32、本发明将待测电池的失效区正极片、非失效区正极片、失效区负极片和非失效区负极片分别独立地组装为半电池，进行充放电测试，通过循环过程的阻抗，可确认失效区域非失效区正负极极片的界面阻抗；通过对比循环过程中负极析锂电位的变化，可确认负极的析锂风险和对容量衰减的影响。

33、作为本发明优选的技术方案，所述方法包括：对待测电池进行全电池分析、电池拆解分析和半电池分析；

34、所述全电池分析包括：对待测电池进行小倍率充放电测试、dcr测试、ct测试、补液循环测试和eis测试；

35、所述电池拆解分析包括：对待测电池进行正极片测试、负极片测试、隔膜测试和电解液测试；

36、所述半电池分析包括：将待测电池的失效区正极片、非失效区正极片、失效区负极片和非失效区负极片分别独立地组装为半电池，进行充放电测试。

37、本发明目的之二在于提供一种如目的之一所述的锂电池循环失效分析的方法的应用，所述方法应用于锂离子电池领域。

38、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

39、(1)本发明提供一种锂电池循环失效分析方法，其中，全电池分析可以确认极化、电解液量、材料衰减情况对循环的影响；电池拆解分析中，满电分析关注极片反弹、电解液量，极片分析确认材料形貌结构变化和副反应；半电池分析确认克容量损失情况、阻抗和析锂电位。

40、(2)本发明所述分析方法仅通过简单的测试即可对电池的循环失效进行全面的分析，得到循环寿命失效原因，进而对电池设计进行改良。