[发明专利]一种检测电池循环过程中电极材料结构稳定性的方法

说明书

本发明公开了一种检测电池循环过程中电极材料结构稳定性的方法，包括步骤：第一步，制作三电极电池，然后进行多个循环阶段充放电测试，每个循环阶段测试包括第一制式和第二制式两个部分；第二步，对于每个循环阶段，通过第二制式测试采集三电极电池的电池容量Q，及正极电压V+和负极电压V‑，然后对应获得正极的dQ/dV+数值和负极的dQ/dV‑数值；第三步，对于每个循环阶段，绘制获得正极和负极的准稳态容量电压微分曲线；第四步，计算在每个循环阶段中正极和负极的准稳态容量微分变化率，判断是否存在结构不可逆变化。本发明可以在不涉及材料取样的情况下，判断锂离子电池中正极、负极材料在电池循环期间是否存在结构不可逆变化。

技术领域

本发明涉及电池检测技术领域，特别是涉及一种检测电池循环过程中电极材料结构稳定性的方法。

背景技术

目前，锂离子电池具有高能量密度、高工作电压和良好的电化学性能，被广泛应用于消费类电子和动力领域。

在研究高能量和高功率密度的锂电池体系时，往往会遇到循环失效问题。在N/P(单位面积负极容量/单位面积正极容量)比设计合理的前提下，循环失效可以分为四类：1、电极活性材料表面或内部发生显著的结构破坏；2、副反应沉积产物阻碍电化学反应进行；3、活性锂损失；4、导电剂与活性材料接触不良或导电剂组分偏低。

分析循环失效问题，必须确定活性材料是否存在显著的不可逆结构性破坏。目前，研究人员通常从材料表征的角度对电极材料进行评价，材料表征包括：X射线衍射分析(XRD)、高倍透射电镜分析(HR-TEM)、拉曼光谱分析(Raman)、X射线吸收近边结构分析(XANES)等。其中，非原位材料表征通常会改变活性材料的表面状态，测试环境与实际工作环境存在差异；原位材料表征需要精密的原位反应池，需要对测试仪器进行不同程度的改装。

但是，目前还没有一种技术，其可以在不涉及材料取样的情况下，方便、可靠地判断锂离子电池中正极、负极材料在电池循环期间是否存在结构不可逆变化，即判断循环失效是否由活性材料结构变化所致。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种检测电池循环过程中电极材料结构稳定性的方法。

为此，本发明提供了一种检测电池循环过程中电极材料结构稳定性的方法，包括以下步骤：

第一步，制作三电极电池，然后进行预设多个循环阶段的充放电测试，每个循环阶段测试包括第一制式和第二制式两个部分，第一制式为循环制式，第二制式是准稳态制式；

第二步，对于每个循环阶段，通过第二制式测试采集三电极电池的电池容量Q，以及正极电压V+和负极电压V-，然后将三电极电池的电池容量Q，分别相对于正极电压V+和负极电压V-做微分处理，对应获得正极的dQ/dV+数值和负极的dQ/dV-数值；

第三步，对于每个循环阶段，以正极的dQ/dV+数值作为纵坐标，以正极电压V+或电池SOC为横坐标，绘制获得正极的准稳态容量电压微分曲线，以及以负极的dQ/dV-数值作为纵坐标，以负极电压V-或电池SOC为横坐标，绘制获得负极的准稳态容量电压微分曲线；

第四步，根据预设计算公式，计算正极的容量微分变化率和负极的容量微分变化率，根据正极的容量微分变化率是否大于预设值时，对应判断正极材料是否存在结构不可逆变化，以及根据负极的容量微分变化率是否大于预设值时，对应判断负极材料是否存在结构不可逆变化。

其中，在第一步中，每个循环阶段的充放电测试包括：首先，按照预设第一制式，循环执行n次，n取值范围为50～150；

然后，按照预设第二制式，执行一次。

在第一步中，预设第一制式如下：