[发明专利]一种通过放热量测试快速评价锂离子电池性能的方法

说明书

技术领域  

本发明涉及锂离子电池性能快测评领域，更具体的说，是涉及一种通过放热量测试实现对锂离子电池性能快速评价的方法。

背景技术

锂离子电池作为性能卓越的新一代绿色电池，已成为高新技术发展的重点之一。目前锂离子电池已经从传统的手机、笔记本电脑、摄像机等普通应用领域，拓展到电动汽车、航天和储能等方面。而且随着越来越多新材料在锂离子电池中的投入使用，锂离子电池体系已经拓展到各种功能型应用领域，如高功率和高电压应用环境。

在锂离子电池开发中，需要根据产品在使用领域及环境下的特定性能要求，进行正极、负极、电解液、隔膜等组成材料的优化。对多个实验体系电池的评价是通过一系列的测试，如倍率测试、高低温充放电和储存测试、循环测试、安全测试等，通过汇总各个测试结果，进行优化选择。

锂离子电池在充放电过程中会产生热量，王峰等在《电池热效应分析》中认为电池内部产热主要由八个方面组成(1)SEI膜的分解反应。(2)嵌锂碳与溶剂的反应。(3)嵌锂碳与氟化粘结剂的反应。(4)电解液的分解反应。(5)正极发生的分解反应；(6)锂金属的反应；(7)正负极活性物质焓变。(8)电流通过内阻而产生热量。因此测试电池在充放电过程中的放热量，就可以表征电池整体性能的优劣，既可以反映电池材料间的匹配性、相容性，还可以反映出电池结构设计及制造工艺等的优劣。

当前对电池性能的全面评价需要汇总多项测试结果后才能得出，而且测试周期长，耗费资源大；而采用本发明的方法，仅通过电池在充放电过程中的放热量测试即可对其综合性能进行快速评价，大大节省了测试资源，缩短了测试周期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过放热量测试快速评价锂离子电池性能的方法，可以用于锂离子电池开发设计中正极、负极、电解液等材料的优化选择，以及电池结构设计及制作工艺参数优化等过程中。

本发明通过放热量快速评价锂离子电池性能的方法，首先需根据待评价电池的待评价性能设计放热量测试方案，通过不同电池或同一电池在不同状态下的放热量测试数据对比，根据放热量高电池性能较差，放热量低电池性能较优的原则进行评价。

测试放热量所用设备为加速量热仪，该设备具有温度补偿功能，这就使测试对象处于近似绝热环境中，因此电池在充放电过程中产生的热量将全部被自己吸收，表现为电池温度的增长。通过观测电池在充放电过程中电池温度的变化，即可根据电池的比热、质量和温度增长值，计算出电池在整个测试过程中放出（吸收）的热量，Q=C_p·m·ΔT，C_p为测试电池的比热（J·g^-1·k^-1）；m为测试电池的质量（g）；ΔT为充电开始至结束时的温度增长值（℃）。

加速量热仪测试模式为Heat-wait-Seek模式，开始温度设定为环境温度+（0.5-2.0）℃，结束温度根据电池体系不同而定，温度步长为0，温度速率灵敏度为0.02℃/min（或更低），等待时间为15min（或更长），其他为非关键参数，可以使用仪器默认值。

测试前先称量电池的质量，然后将电池的正负极由导线引出接到充放电设备上，同时将加速量热仪的热电偶固定在电池的观测位置（通常选择电池中部）。

进行放热量测试时，首先启动加速量热仪，通过其加热补偿功能，使环境温度与电池温度一致并稳定。在充放电设备上设定相应的充放电流程，待加速量热仪显示为Seek模式时，启动充放电程序，电池即开始充放电，同时加速量热仪对其温度及温升速率数据进行自动采集。在充电流程结束后，延后10-15min停止加速量热仪流程，以考虑到由于电池瞬间放热量高而热传导较慢造成的电池温度变化滞后的现象。

加速量热仪采集的数据为电池在整个测试过程中的时间、温度和温升速率值，通过与充放电开始和结束的时间相对应，可以计算出电池在整个充电流程中的温度增长数值ΔT，根据放热量计算公式Q=C_p·m·ΔT，计算出电池的放热量。

通过放热量数据对电池性能进行评价的依据是，在相同的充放电流程中，放热量低的电池性能较优，放热量高的电池性能较差。