一種鋰離子電池拆解後極片材料克容量測試的方法與流程
2023-05-26 07:26:56 1
本發明屬於鋰離子電池的生產技術領域，具體涉及一種鋰離子電池拆解後極片材料克容量測試的方法。
背景技術：
縱觀電池發展的歷史，可以看出當今世界電池工業發展的需求正在向綠色環保、可持續發展、進一步向小、輕、薄方向發展，而鋰離子電池剛好都具備這些特點。鋰離子電池具有重量輕、容量大、無記憶效應等優點，因而得到了普遍應用。現在許多數碼設備、各種儲能設備甚至動力汽車都採用了鋰離子電池作電源，儘管其價格相對來說比較昂貴，但鋰離子電池的能量密度很高，它的容量是同重量的鎳氫電池的幾倍，而且具有很低的自放電率。此外，鋰離子電池幾乎沒有記憶效應以及不含有毒性物質等優點，得到了廣泛的關注。
電池的正負極材料作為構成電池和限制電池發展的最重要的一環，對電池的優劣以及電池的發展具有非常重要的影響。而正負極材料的克容量是衡量材料的最重要的指標，對於電池的正負極材料來說，只有具有較高的克容量，才具有研究的價值。對於粉體材料的克容量，我們一般用扣式電池進行測試。
然而，對於已經組裝成電池的材料來說，由於電池所處的電荷狀態不同，材料所處的狀態也不一致，很難簡單的測試出拆解後電池極片的克容量的準確值。
有鑑於此，對拆解電池極片的克容量的準確性的測試具有非常重要的意義。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對現有技術的不足，現提供一種測試方法簡單、測試結果準確的鋰離子電池拆解後極片材料克容量測試的方法。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：一種鋰離子電池拆解後極片材料克容量測試的方法，其創新點在於：通過測試不同荷電狀態下電池拆解極片的克容量，並且對極片的材料質量進行修正，使得測試的克容量值更接近克容量值；具體步驟如下：
（1）將拆解的極片的一面敷料進行去除：將擦拭液均勻的塗抹在極片需要除去敷料的一面，然後用無塵紙進行擦拭，直至極片的這一面無任何敷料；
（2）將拆解的極片的雙面敷料進行去除：將擦拭液均勻的塗抹在極片的雙面，然後用無塵紙進行擦拭，使極片的雙面均無敷料；
（3）將步驟（1）得到的去除一面敷料的極片，與步驟（2）得到的去除雙面敷料的極片，進行曬乾，直至極片表面的擦拭液揮發乾淨；
（4）將步驟（3）所得發揮乾淨的一面去敷料極片和雙面都去敷料極片進行切片，切成圓形極片，將切好的圓形極片用天平進行質量的稱量，記錄一面去除敷料極片的質量為m1,記錄雙面都去除敷料極片的質量為m2，將一面去除敷料的極片組裝成扣式電池；
（5）將由（4）所得組裝好的扣式電池進行小電流充放電，測試出極片充電容量q充，以及放電容量q放；
（6）根據步驟（5）所得的充放電容量對所測極片敷料的質量進行修正，並將步驟（5）所得扣式電池進行不同倍率的充放電測試，從而得出該極片敷料材料的克容量值。
進一步的，所述步驟（1）、步驟（2）、步驟（3）和步驟（4）均在手套箱中進行，所述手套箱為氬氣氣氛，且氧氣含量和水分含量均小於1ppm。
進一步的，所述步驟（1）和步驟（2）中的擦拭液為n-甲基吡咯烷酮。
進一步的，所述步驟（3）中的晾乾時間為12-14小時。
進一步的，所述步驟（4）中圓形極片的直徑為12mm，所述稱量天平的精度精確到0.01mg，所述極片敷料的質量為（m2-m1）mg，所述扣式電池的組裝時，選用鋰片作為負極，選用2025或者2032不鏽鋼式正負極扣電殼，殼內用配套彈片與墊片作為填充物，電解液與隔膜的選用與所拆解的電池相一致。
進一步的，所述步驟（5）中的充放電電流為50µa，所述充放電制度的截止電壓的選取與測試拆解電池的截止電壓相一致。
進一步的，所述步驟（5）中在進行小電流充放電時，正極組裝的扣式電池用50µa的小電流進行放電，得到放電容量q放，負極組裝口時電池用50µa的小電流進行充電，得到放電容量q充。
進一步的，所述步驟（6）中當測試極片為負極時，負極活性物質質量修整係數為0.95*（m1-m2）-q充*3600*6.94/96485.3399；當測試極片為正極時，正極活性物質質量修正係數為：0.98*（m1-m2）+q放*3600*6.94/96485.3399。
進一步的，所述步驟（6）中不同倍率充放電的截止電壓與拆解電池測試的截止電壓相一致。
本發明的有益效果如下：本發明通過對拆解後極片的處理，組裝成扣電的形式，再通過小電流充放電的容量，對正負極活性物質進行修正，最後進行不同倍率的充放電測試，得到極片的克容量，該測試方法簡單、準確。
附圖說明
圖1為本發明實施例1負極極片的充放電曲線圖譜；
圖2為本發明實施例5正極極片的充放電曲線圖譜。
具體實施方式
以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。
一種鋰離子電池拆解後極片材料克容量測試的方法，通過測試不同荷電狀態下電池拆解極片的克容量，並且對極片的材料質量進行修正，使得測試的克容量值更接近克容量值；具體步驟如下：
（1）將拆解的極片的一面敷料進行去除：將擦拭液均勻的塗抹在極片需要除去敷料的一面，然後用無塵紙進行擦拭，直至極片的這一面無任何敷料；
（2）將拆解的極片的雙面敷料進行去除：將擦拭液均勻的塗抹在極片的雙面，然後用無塵紙進行擦拭，使極片的雙面均無敷料；
（3）將步驟（1）得到的去除一面敷料的極片，與步驟（2）得到的去除雙面敷料的極片，進行曬乾，晾乾時間為12-14小時，直至極片表面的擦拭液揮發乾淨；
（4）將步驟（3）所得發揮乾淨的一面去敷料極片和雙面都去敷料極片進行切片，切成圓形極片，將切好的圓形極片用天平進行質量的稱量，記錄一面去除敷料極片的質量為m1,記錄雙面都去除敷料極片的質量為m2，將一面去除敷料的極片組裝成扣式電池；
（5）將由（4）所得組裝好的扣式電池進行小電流充放電，測試出極片充電容量q充，以及放電容量q放；
（6）根據步驟（5）所得的充放電容量對所測極片敷料的質量進行修正，並將步驟（5）所得扣式電池進行不同倍率的充放電測試，從而得出該極片敷料材料的克容量值。
步驟（1）、步驟（2）、步驟（3）和步驟（4）均在手套箱中進行，手套箱為氬氣氣氛，且氧氣含量和水分含量均小於1ppm，步驟（1）和步驟（2）中的擦拭液為n-甲基吡咯烷酮。
步驟（4）中圓形極片的直徑為12mm，稱量天平的精度精確到0.01mg，所述極片敷料的質量為（m2-m1）mg，扣式電池的組裝時，選用鋰片作為負極，選用2025或者2032不鏽鋼式正負極扣電殼，殼內用配套彈片與墊片作為填充物，電解液與隔膜的選用與所拆解的電池相一致。
步驟（5）中的充放電電流為50µa，充放電制度的截止電壓的選取與測試拆解電池的截止電壓相一致。
步驟（5）中在進行小電流充放電時，正極組裝的扣式電池用50µa的小電流進行放電，得到放電容量q放，負極組裝口時電池用50µa的小電流進行充電，得到放電容量q充。
步驟（6）中當測試極片為負極時，負極活性物質質量修整係數為0.95*（m1-m2）-q充*3600*6.94/96485.3399；當測試極片為正極時，正極活性物質質量修正係數為：0.98*（m1-m2）+q放*3600*6.94/96485.3399。
步驟（6）中不同倍率充放電的截止電壓與拆解電池測試的截止電壓相一致。
所用拆解的鋰離子電池為三星生產的磷酸鐵鋰與石墨體系18650圓柱電池。該電池的正極極片磷酸鐵鋰的活性物質含量為98%，負極極片石墨的活性物質含量為95%。
實施例1
將滿電態（100%soc）磷酸鐵鋰與石墨體系18650的圓柱電池進行拆解。擦拭去除負極石墨電極的一面的敷料，得到只有一面敷料的負極石墨電極。擦拭去除負極石墨電極的雙面面的敷料，得到無敷料的負極銅箔集流體。待擦拭液揮發後，分別對單面石墨極片與負極銅箔集流體進行切片和稱重，單面敷料石墨極片的質量m1為16.60mg，負極銅箔集流體的質量m2為7.94mg。將單面敷料的石墨極片進行扣電組裝，組裝後用小電流50μa進行恆流充電，充放電截止電壓為1.5-0.001v。得到充電容量q充為2.4866mah，對負極石墨活性物質進行修正計算：（m1-m2）*0.95-q充*3600*6.94/96485.3399=（16.60-7.94）*0.95-2.4866*3600*6.94/96485.3399，
修正後石墨活性物質為：7.5831mg。用修正後的石墨活性物質質量對電池進行0.1c倍率的充放電，放電過程為0.1c恆流放電，截止電壓為0.001v，充電過程為0.1c恆流充電，截止電壓為1.5v。0.1c拆解電池負極石墨極片的克容量測試結果為348.7mah/g。如圖1所示本發明實施例1負極極片的充放電曲線圖譜。
實施例2
將滿電態（100%soc）磷酸鐵鋰與石墨體系18650的圓柱電池放電到80%soc（荷電狀態）狀態後，拆解電池。用擦拭液擦拭去除負極石墨電極的一面的敷料，得到只有一面敷料的負極石墨電極。用擦拭液擦拭去除負極石墨電極的雙面面的敷料，得到無敷料的負極銅箔集流體。待擦拭液揮發後，分別對單面石墨極片與負極銅箔集流體進行切片和稱重，單面敷料石墨極片的質量m1為16.30mg，負極銅箔集流體的質量m2為7.93mg。將單面敷料的石墨極片進行扣電組裝，組裝後用小電流50μa進行恆流充電，充放電截止電壓為1.5-0.001v。得到充電容量q充為2.0055mah，對負極石墨活性物質進行修正計算：（m1-m2）*0.95-q充*3600*6.94/96485.3399=（16.30-7.93）*0.95-2.0055*3600*6.94/96485.3399，修正後石墨活性物質為：7.4322mg；用修正後的石墨活性物質質量對電池進行0.1c倍率的充放電，放電過程為0.1c恆流放電，截止電壓為0.001v，充電過程為0.1c恆流充電，截止電壓為1.5v；0.1c拆解電池負極石墨極片的克容量測試結果為369.8mah/g。
實施例3
將滿電態（100%soc）磷酸鐵鋰與石墨體系18650的圓柱電池放電到40%soc（荷電狀態）狀態後，拆解電池。擦拭去除負極石墨電極的一面的敷料，得到只有一面敷料的負極石墨電極。擦拭去除負極石墨電極的雙面面的敷料，得到無敷料的負極銅箔集流體。擦拭液揮發後，分別對單面石墨極片與負極銅箔集流體進行切片和稱重，單面敷料石墨極片的質量m1為16.46mg，負極銅箔集流體的質量m2為7.94mg。將單面敷料的石墨極片進行扣電組裝，組裝後用小電流50μa進行恆流充電，充放電截止電壓為1.5-0.001v。得到充電容量q充為0.2424mah，對負極石墨活性物質進行修正計算：（m1-m2）*0.95-q充*3600*6.94/96485.3399=（16.46-7.94）*0.95-0.2424*3600*6.94/96485.3399，修正後石墨活性物質為：8.0312mg。用修正後的石墨活性物質質量對電池進行0.1c倍率的充放電，放電過程為0.1c恆流放電，截止電壓為0.001v，充電過程為0.1c恆流充電，截止電壓為1.5v。0.1c拆解電池負極石墨極片的克容量測試結果為348.9mah/g。
實施例4
將滿電態（100%soc）磷酸鐵鋰與石墨體系18650的圓柱電池放電到0%soc（荷電狀態）狀態後，拆解電池。擦拭去除負極石墨電極的一面的敷料，得到只有一面敷料的負極石墨電極。擦拭去除負極石墨電極的雙面面的敷料，得到無敷料的負極銅箔集流體。待擦拭液揮發後，分別對單面石墨極片與負極銅箔集流體進行切片和稱重，單面敷料石墨極片的質量m1為16.28mg，負極銅箔集流體的質量m2為7.93mg。將單面敷料的石墨極片進行扣電組裝，組裝後用小電流50μa進行恆流充電，充放電截止電壓為1.5-0.001v。得到充電容量q充為0.0030mah，對負極石墨活性物質進行修正計算：（m1-m2）*0.95-q充*3600*6.94/96485.3399=（16.28-7.93）*0.95-0.0030*3600*6.94/96485.3399，修正後石墨活性物質為：7.9317mg；用修正後的石墨活性物質質量對電池進行0.1c倍率的充放電，放電過程為0.1c恆流放電，截止電壓為0.001v，充電過程為0.1c恆流充電，截止電壓為1.5v。0.1c拆解電池負極石墨極片的克容量測試結果為349.6mah/g。
實施例5
將未知荷電狀態的磷酸鐵鋰與石墨體系18650圓柱電池進行拆解。用擦拭液擦拭去除正極磷酸鐵鋰電極的一面的敷料，得到只有一面敷料的正極磷酸鐵鋰電極。用擦拭液擦拭去除正極磷酸鐵鋰電極的雙面面的敷料，得到無敷料的正極鋁箔集流體。待擦拭液揮發後，分別對單面磷酸鐵鋰極片與正極鋁箔集流體進行切片和稱重，單面敷料磷酸鐵鋰極片的質量m1為22.69mg，正極鋁箔集流體的質量m2為6.18mg。將單面敷料的磷酸鐵鋰極片進行扣電組裝，組裝後用小電流50μa進行恆流放電，充放電截止電壓為2.0-3.75v。得到放電電容量q放為1.4412mah，對正極磷酸鐵鋰活性物質進行修正計算：（m1-m2）*0.98-q充*3600*6.94/96485.3399=（22.69-6.18）*0.98-1.4412*3600*6.94/96485.3399，修正後磷酸鐵鋰活性物質為：15.8066mg。，用修正後的磷酸鐵鋰活性物質質量對電池進行0.1c倍率的充放電，充電過程為0.1c恆流充電，截止電壓為3.75v，同時3.75恆壓充電，截止電流為50μa；放電過程為0.1c恆流放電電，截止電壓為2.0v。0.1c拆解電池正極磷酸鐵鋰極片的克容量測試結果為155.1mah/g。如圖2所示為本發明實施例5正極極片的充放電曲線圖譜。
由上述實施例可以得到以下實驗數據，如表1所示，為實施例1-4的測試的正負極極片材料克容量數據的匯總；如表2所示，為實施例5的測試的正負極極片材料克容量數據的匯總。
表1
表2
本發明通過對拆解後極片的處理，組裝成扣電的形式，再通過小電流充放電的容量，對正負極活性物質進行修正，最後進行不同倍率
的充放電測試，得到極片的克容量，該測試方法簡單、準確。
上述實施例只是本發明的較佳實施例，並不是對本發明技術方案的限制，只要是不經過創造性勞動即可在上述實施例的基礎上實現的技術方案，均應視為落入本發明專利的權利保護範圍內。