[发明专利]一种锂离子电池石墨负极析锂的检测方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种锂离子电池石墨负极析锂的检测方法。针对缺乏锂离子电池析锂过程实时监控方法的现状，提供了一种简单便捷的方式对锂离子电池负极表面的析锂行为进行原位实时的监控。本发明利用析锂发生初期需要较大的电极极化克服异相形核表面能，从而使负极电极电势呈现先下降随后回升的原理。采用三电极的电池构型，引入锂金属作为参比电极，该参比电极电位稳定有效，通过监控负极与参比电极之间的电势差即可得到负极表面电位。通过采集该电势差的实时数据，判断电压‑时间曲线上出现拐点的位置确定析锂发生起始点。本发明采用常规测试仪器即可获得有效数据，可以与电池充放程序耦合，实现对析锂的监控和预防。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，主要针对以石墨电极为电池负极的锂离子电池，通过一种含锂参比电极的引入，无拆解地对电池负极有无锂金属析出进行无损实时监控的检测方法。

背景技术

锂离子电池自上世纪80年代产业化以来，因其高能量密度、高循环寿命、迅速占据了储能市场。如今，锂离子电池已经遍布人们的日常生活，包括便携智能设备、日常出行、医用军事等诸多领域。正是由于人们对锂离子电池的依赖不断增长，使得对电池安全性问题的要求也在不断提高。石墨负极在不当充电过程中的析锂问题，不但会带来电池活性物质损耗和电池界面的退化，更有可能带来副反应引发热量和气体的积聚，最终导致电池的失效甚至诱发电池起火爆炸等安全事故。因而，析锂行为的检测和预防成为保障电池安全性的重要技术途径。

目前，研究者们一般认为在高倍率或者低温状态下工作的电池容易发生析锂行为。然而，也有观点认为高倍率或者低温不会触发石墨负极表面的析锂。正是由于对石墨负极表面析锂行为的认识不足，难以判断实际电池中发生析锂与否，很大程度上提高了析锂检测手段的难度。然而，锂的化学性质较为活泼，不适用于在空气条件下的直接检测。同时对电子不敏感，难以应用能谱等手段检测出其中的金属锂。另外，析出在石墨负极表面的金属锂能够在较短时间内重新嵌入石墨片层中，一些非原位的手段会在样品制备中失去这部分析出的金属锂。当前常见的检测手段主要采用扫描电子显微镜进行形貌表征，通过快速制样和保护气氛下进行转移来缓解金属锂重新嵌入石墨的影响。但是，在显微视窗下出现枝晶状金属锂代表着大量金属锂的析出，此时电池的安全性可能已经受到威胁。另一种常用的电学信号检测方法，即电压弛豫检测，利用析出金属锂重新嵌入石墨的原理，检测该过程发生所带来的电池电压变化，虽然该方法在可以在电池中原位实施，但是缺乏对析锂行为的实时监控，这种析锂后检测方式无法对金属锂的析出起到预警作用。因此，亟待提出一种实时且高效的检测手段，原位实时的监控锂金属的析出与否，从而避免析锂引发的电池安全性问题，提高石墨负极锂离子电池的安全性和使用寿命。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的是提出一种简单快捷的电学信号检测手段对锂离子电池负极析锂原位实时的监控。该方法检测精度较高，可以对石墨负极表面金属锂的析出进行准确判断，通过监测电压信号来避免析锂行为的发生，从而达到对锂离子电池负极析锂进行预警的作用，提高电池安全性和使用寿命。

用于解决技术问题的方法

针对上述问题，本发明提出了一种锂离子电池石墨负极析锂的检测方法，包括：在电池充放电过程中，采用锂金属参比电极实时监测负极表面电势；在负极表面电势随充电加深变化图像中，出现电势最低点即为析锂发生初始点；如负极表面电势随充电加深呈现持续下降的趋势或者电势值保持0V以上，则判断电池未发生析锂。

一种实施方式为，其中，通过锂金属包覆导电铜丝作为锂金属参比电极使用。

一种实施方式为，其中，电池构型为三电极构型。

一种实施方式为，其中，测试时，电池通过充放电测试仪器连接进行正常充放电的同时，采用相同充放电测试仪器的不同通道或者不同充放电测试仪器连接负极与该锂金属参比电极。

一种实施方式为，其中，对于所述的负极表面电势，其值为上述连接测试中负极与锂金属参比电极之间的电势差。