[发明专利]电池电极中活性物质的定量分析方法和应用

说明书

本发明提供了电池电极中活性物质的定量分析方法，所述方法包括通过化学滴定和气相色谱法对电池电极中的活性物质进行定量分析，还提供了其应用。本发明是一种可靠的用于区分和定量分析电池内活性物质和非活性物质电荷消耗的检测方法，方法简便，易于操作。本发明方法将拓展化学滴定和气相色谱法在电池领域的重要应用，帮助研发人员更全面地掌握电池失效机制，并以此为基础改进并设计新型长寿命电池。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电池电极中活性物质的定量分析方法和应用，特别涉及一种滴定-气相色谱法用于测量电池电极中活性物质的方法，用于区分并定量分析活性物质的含量和非活性物质所消耗的电荷数。

背景技术

在电池充电和放电过程中，电化学活性物质通过得失电子完成氧化还原反应以实现电能和化学能之间的互相转换：

对于实际应用的电池体系，转移的总电荷数除了参与可逆的活性物质氧化还原反应外，还有一部分参与不可逆的电化学副反应生成副产物。电化学副反应生成的副产物也被称为非活性物质或固体电解质界面膜(SEI)，其消耗的电荷是电池容量损失的重要原因之一。有效地区分和定量分析活性物质和非活性物质的相对含量及电荷转移数是理解电池容量损失的关键步骤之一，也是电池失效分析的重要内容之一，将为进一步提高电池循环寿命提供理论基础和策略指导。然而，目前缺乏一种直接且准确的定量分析电池活性物质的测试方法。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供了一种电池电极中活性物质的定量分析方法和应用，本发明滴定-气相色谱法用于区分和定量分析电池电极片中活性物质的质量和生成非活性物质所消耗的电荷数。

在阐述本发明的技术方案之前，定义本文中所使用的术语如下：

术语“活性物质”是指：在电池充电和放电过程中，通过得失电子完成氧化还原反应以实现电能和化学能之间的互相转换的物质。

术语“非活性物质”是指：在电池充电和放电过程中，电化学副反应生成的副产物。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种电池电极中活性物质的定量分析方法，所述方法包括通过化学滴定和气相色谱法对电池电极中的活性物质进行定量分析；

优选地，所述方法包括以下步骤：

(1)将参与电池电化学反应后的含有活性物质的电极样品放置于密封容器中，加入滴定剂，两者完全反应生成特征气体；所述电化学反应优选为充电、放电或充放电循环的任一阶段；

(2)将步骤(1)反应后的特征气体注入气相色谱仪中进行成分和含量分析；

(3)根据(2)中气相色谱分析结果和具体的反应方程式计算出电极中活性物质的质量和其参与氧化还原反应对应的电荷数，并以此计算出未参与活性物质氧化还原反应、形成非活性物质所消耗的电荷数；所述非活性物质优选为固体电解质界面膜。

根据本发明第一方面的方法，其中，步骤(1)中所述活性物质选自Li、Na、K、Al、Mg、Ca、Fe、Co、Zn、As、Pb、Cd、Si、P、S、Ge、Bi、Sn、Sb、B、C、Cu、Au、Ag、Pt中任一种单质或其合金或其氧化物或其硫化物或上述两种或多种物质的混合物；和/或

所述电极样品中所含活性物质的质量为0.01mg～10kg。

根据本发明第一方面的方法，其中，步骤(1)中所述滴定剂为能与所述活性物质反应产生特征气体的溶液；

优选地，所述滴定剂选自以下一种或多种：水、盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、草酸溶液、柠檬酸溶液、甲醇、乙醇、乙二胺、氨水、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液；和/或

优选地，所述滴定剂的pH为0～14，进一步优选地，所述滴定剂的pH为3～12。