[发明专利]一种三元正极材料电化学性能的定性分析方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池用三元材料电化学性能的快速检测方法。该方法通过测量三元材料XRD谱图中的特征峰003峰和104峰的强度I₀₀₃和I₁₀₄的比值Ri，对三元材料的电化学性能进行定性分析。相对于现有检测三元材料电化学性能的技术，本发明可快速检测的三元材料的XRD图谱中的Ri值，从而定性分析其电化学性能，避免了传统测试三元材料电化学性能的复杂繁琐的过程，不需特殊制样，避免了制样过程中引入的误差，测试结果准确。本发明公开的三元材料电化学性能的定性分析方法操作简单，快速，准确，可在生产过程中快速监测产品的质量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池用三元正极材料技术领域，特别涉及一种用于定性分析三元正极材料电化学性能的检测方法。

背景技术

自1991年日本索尼公司成功将锂离子电池实现商品化以来，锂离子电池以其高容量、长寿命、低成本等特性备受研究者们的青睐，现已成为人们生产生活中不可或缺的一部分。最初锂离子电池采用LiCoO₂作为正极材料，但由于钴资源的成本较高，毒性较大，并且实际容量只有理论容量的50％，研究者逐步用Ni和Mn取代部分Co，从而研究出层状锂镍钴锰氧正极材料Li[Ni_xCo_yMn_z]O₂(0≤x，y，z<1，x+y+z＝1)，以下简称三元正极材料(NCMxyz)。

由于三元正极材料中Ni、Co、Mn三种元素的协同效应，使得三者形成的固熔体同时具有LiNiO₂的高容量特性，LiCoO₂的高倍率性能和引入锰离子增强的结构稳定性。然而，三元过渡金属氧化物正极材料也同样存在一些等问题，如：材料表面结构不稳定，在充放电过程中晶体结构发生改变；由于LiPF₆电解液中含有HF腐蚀电极材料致使过渡金属离子溶解；材料表面固体电解质膜(SEI)的形成和生长等。上述不利因素导致的三元正极材料的容量损失和循环性能的下降。

此外，随着Ni含量的增加，由于Ni²⁺的存在，其半径与Li⁺半径相近，所以Ni²⁺很容易占据Li⁺的位置，从而导致阳离子混排现象的发生。阳离子混排的数量直接影响材料的电化学性能。Ni²⁺在Li⁺层不仅降低了放电比容量，而且阻碍了Li⁺的扩散，这种结构的无序状态直接导致正极材料的电化学性能变差。

对于不同的Ni、Co、Mn配比的三元正极材料，随着Ni含量的不同，阳离子混排程度不同，可用三元正极材料X射线衍射(XRD)图谱中的003峰与104峰的强度的比值大小(用I₀₀₃/I₁₀₄表示)来衡量阳离子混排的程度，比值越低说明阳离子混排的程度越严重。

目前，对三元正极材料电化学性能的检测，主要通过把三元正极材料组装成扣式电池或者全电池，然后在电化学测试系统上进一步检测其电化学性能，这一过程，短者需要数天，长着需要数周或数月时间，漫长的测试周期严重影响了材料的研发和生产进度。

有鉴于此，确有必要开发一种快速、准确的三元正极材料电化学性能的定性分析方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种快速、准确的高镍三元正极材料电化学性能的定性分析方法。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三元正极材料电化学性能的定性分析方法，包括以下步骤：