專利名稱：一種根據(jù)eis譜快速判斷負(fù)極涂布工藝對電池循環(huán)性能影響的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種根據(jù)EIS譜快速判斷負(fù)極涂布工藝對電池循環(huán)性能影響的方法。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，各種便攜式電子設(shè)備，如智能手機(jī)、手提電腦等得到了廣泛的應(yīng)用，人們對電子產(chǎn)品的依賴程度越來越高。同時(shí)，這些電子設(shè)備對化學(xué)電源性能的要求也越來越苛刻。而鋰離子電池以其能量密度高、電壓穩(wěn)定、無記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品當(dāng)中。隨著鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，人們對其循環(huán)壽命的要求也越來越高。影響鋰離子電池循環(huán)壽命的因素很多，如正負(fù)極材料，粘結(jié)劑對活性物質(zhì)的粘結(jié)強(qiáng)度，形成固態(tài)電解質(zhì)膜(SEI膜)的質(zhì)量，電池設(shè)計(jì)中正負(fù)極容量匹配、充放電制式、電解液量、電解液添加劑等。然而，在鋰離子電池制作過程當(dāng)中，工藝參數(shù)的調(diào)整也會對鋰離子電池的循環(huán)性能產(chǎn)生影響。目前，對鋰離子電池循環(huán)性能最直接的判斷方法是對鋰離子全電池按照一定的制式進(jìn)行充放電循環(huán)。這種方法可靠性高，缺點(diǎn)是耗時(shí)長，循環(huán)500次基本需要兩個(gè)月的時(shí)間。因此，如何快速判斷電池的循環(huán)性能，進(jìn)而決定最佳涂布工藝參數(shù)成了一個(gè)亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種根據(jù)EIS譜快速判斷負(fù)極涂布工藝對電池循環(huán)性能影響的方法，旨在解決目前 通過測量電池循環(huán)性能來判斷不同負(fù)極涂布工藝參數(shù)對電池性能的影響的時(shí)間長與成本高的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:—種根據(jù)EIS譜快速判斷負(fù)極涂布工藝對電池循環(huán)性能影響的方法，包括以下步驟:調(diào)節(jié)負(fù)極涂布機(jī)的涂布工藝參數(shù)制備不同的負(fù)極片；對所述負(fù)極片制作的不同鋰離子全電池進(jìn)行循環(huán)性能測試；測量所述鋰離子全電池在滿電狀態(tài)下的電化學(xué)阻抗譜；建立所述電化學(xué)阻抗譜與循環(huán)性能間的對應(yīng)關(guān)系；根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系及鋰電池的電化學(xué)阻抗譜，判斷所述負(fù)極涂布工藝參數(shù)對鋰電池循環(huán)性能的影響。所述涂布工藝參數(shù)包括負(fù)極涂布機(jī)的涂布速度、烘箱溫度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。所述涂布速度2 10米/分鐘，所述烘箱溫度為5(Γ130 ° C，所述風(fēng)機(jī)速度為500 1000轉(zhuǎn)/分鐘。
采用Arbin MITS Pro電池測試系統(tǒng)對所述鋰離子全電池進(jìn)行電池循環(huán)性能測試。所述電池循環(huán)性能測試采用充放電制式，其中，IC恒流充電到4. 2V，4. 2V恒壓充電，截止電流O. 05C, IC恒流放電到3. 0V,為一個(gè)循環(huán)周期。采用電化學(xué)工作站對所述鋰離子全電池進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜測試。在電化學(xué)阻抗譜測試時(shí)所述鋰離子全電池的測量電壓為4. 19V，測量頻率范圍為50mHZ-1000HZ,電壓振幅為 5mV。本發(fā)明通過對利用不同負(fù)極涂布工藝制得不同的負(fù)極片制備的鋰離子全電池在滿電狀態(tài)下進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜測量和循環(huán)性能測試，并建立電化學(xué)阻抗譜測量和循環(huán)性能測試間的對應(yīng)關(guān)系，利用該對應(yīng)關(guān)系及測量的電化學(xué)阻抗譜來判斷不同負(fù)極涂布工藝參數(shù)對電池性能的影響。由于電池的電化學(xué)阻抗譜測量速度快，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)EIS譜快速預(yù)測電池循環(huán)性能，進(jìn)而判斷最佳負(fù)極涂布工藝參數(shù)，因而大大節(jié)約了目前通過測量電池循環(huán)性能來判斷不同負(fù)極涂布工藝參數(shù)對電池性能的影響的時(shí)間與成本，提高了工作效率。


圖1是平野涂布機(jī)各烘箱分布位置示意圖；圖2是實(shí)施例f 4中制備的鋰離子全電池在室溫IC下循環(huán)測試結(jié)果；圖3是實(shí)施例廣4的制備的鋰離子全電池的電化學(xué)阻抗譜；圖4是室溫IC循環(huán)電池容量保持在85%以上的循環(huán)次數(shù)與電化學(xué)反應(yīng)阻抗間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明是通過EIS譜來快速判斷負(fù)極涂布工藝對電池循環(huán)性能影響的，本發(fā)明所述的根據(jù)EIS譜快速判斷負(fù)極涂布工藝對電池循環(huán)性能影響的方法，具體包括以下步驟調(diào)節(jié)負(fù)極涂布機(jī)的涂布工藝參數(shù)制備不同的負(fù)極片；對所述負(fù)極片制作的不同鋰離子全電池進(jìn)行循環(huán)性能測試；測量所述鋰離子全電池在滿電狀態(tài)下的電化學(xué)阻抗譜；建立所述電化學(xué)阻抗譜與循環(huán)性能間的對應(yīng)關(guān)系；根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系及鋰電池的電化學(xué)阻抗譜，判斷所述負(fù)極涂布工藝參數(shù)對鋰電池循環(huán)性能的影響。本發(fā)明實(shí)施例中，所述的負(fù)極涂布機(jī)采用平野涂布機(jī)，參見圖1所示，平野涂布機(jī)包括三個(gè)烘箱，依次為烘箱1、烘箱2、烘箱3 ;涂布時(shí)，從涂布機(jī)的進(jìn)口進(jìn)入涂布機(jī)烘干后，從右側(cè)的出口出來。該涂布方式采用輥式，涂布機(jī)的三個(gè)烘箱的加熱方式為油溫加熱，在將漿料涂布在金屬箔片后，采用熱烘干和風(fēng)吹干兩種方式共同進(jìn)行，將負(fù)極片中的水分排出。所述涂布工藝參數(shù)包括負(fù)極涂布機(jī)的涂布速度、各烘箱溫度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。所述負(fù)極涂布速度是2-10米/分鐘，所述各烘箱溫度為50° C-130。C，所述風(fēng)機(jī)速度為500-1000轉(zhuǎn)/分鐘。
本發(fā)明實(shí)施例中，在制作鋰離子全電池用的正極片采用相同的涂布工藝制作，將制備好的正、負(fù)極片和隔膜卷繞裝配成鋰離子全電池，將鋰離子全電池注液、化成及老化后，得到測試用的鋰離子全電池，進(jìn)行循環(huán)壽命測試和電化學(xué)阻抗譜測量。采用Arbin MITS Pio電池測試系統(tǒng)對所述鋰離子全電池進(jìn)行電池循環(huán)性能測試。所述電池循環(huán)性能測試采用充放電制式，其中，IC恒流充電到4. 2V，4. 2V恒壓充電，截止電流O. 05C, IC恒流放電到3. 0V,為一個(gè)循環(huán)周期。采用電化學(xué)工作站對所述鋰離子全電池進(jìn)行電池的電化學(xué)阻抗譜測試。在電化學(xué)阻抗譜測試時(shí)，所述鋰離子全電池的測量電壓為4. 19V，測量頻率范圍為50mHZ-1000HZ,電壓振幅為 5mV。下面，通過具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式及優(yōu)越性。測試電池的制作正極片的制作將鈷酸鋰、導(dǎo)電劑、聚偏氟乙烯(PVDF膠)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)按一定比例混合攪拌、涂布、碾壓、剪切獲得正極片。負(fù)極片制作將人造石墨、羧甲基纖維素鈉(CMC)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和去離子水按照一定比例混合攪拌，涂布，碾壓，剪切獲得負(fù)極片。電芯制作；將正、負(fù)極片卷繞、裝配、烘干、注液、化成、老化，得到電化學(xué)阻抗(EIS)和循環(huán)測量所需要的鋰離子全電池。電化學(xué)阻抗譜(EIS)測量將制作的鋰離子全電池進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜(EIS)測量。其中，鋰離子全電池的測量電壓為4. 19V，測量頻率范圍為50mHZ-1000HZ，電壓振幅為5mV，所采用的測試設(shè)備是德國ZAHNER公司IM6電化學(xué)工作站。循環(huán)性能測試將所述鋰離子全電池進(jìn)行循環(huán)性能測試。所述循環(huán)制式是IC恒流充電到4. 2V ；4. 2V恒壓充電，截止電流O. 05C ;1C恒流放電到3. 0V，所采用的測試設(shè)備是Arbin MITS Pro電池測試系統(tǒng)。建立電化學(xué)阻抗(EIS)和循環(huán)性能的對應(yīng)關(guān)系根據(jù)電化學(xué)阻抗譜(EIS)和循環(huán)性能數(shù)據(jù)，得到電化學(xué)阻抗譜(EIS)和循環(huán)性能的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，進(jìn)而判斷負(fù)極涂布工藝參數(shù)的優(yōu)劣。實(shí)施例1 :在獲得上述制作負(fù)極片用的勻好的負(fù)極漿料后，在平野涂布機(jī)上開始涂布。其中涂布速度為2.5米/秒，涂布方式為輥式。1#烘箱的溫度設(shè)定為55° C，風(fēng)機(jī)速度為700轉(zhuǎn)/分鐘;2#烘箱的溫度設(shè)定為75° C，風(fēng)機(jī)速度為900轉(zhuǎn)/分鐘;3#烘箱的溫度設(shè)定為90° C ;風(fēng)機(jī)速度為1000轉(zhuǎn)/分鐘。實(shí)施例2 在獲得上述制作負(fù)極片用的勻好的負(fù)極漿料后，在平野涂布機(jī)上開始涂布。其中涂布速度為2. 2米/秒，涂布方式為輥式。1#烘箱的溫度設(shè)定為100° C，風(fēng)機(jī)速度為500轉(zhuǎn)/分鐘;2#烘箱的溫度設(shè)定為110° C，風(fēng)機(jī)速度為500轉(zhuǎn)/分鐘;3#烘箱的溫度設(shè)定為125° C，風(fēng)機(jī)速度為500轉(zhuǎn)/分鐘。實(shí)施例3:在獲得上述制作負(fù)極片用的勻好的負(fù)極漿料后，在平野涂布機(jī)上開始涂布。其中涂布速度為2.5米/秒，涂布方式為輥式。1#烘箱的溫度設(shè)定為85° C，風(fēng)機(jī)速度為800轉(zhuǎn)/分鐘;2#烘箱的溫度設(shè)定為90° C，風(fēng)機(jī)速度為1000轉(zhuǎn)/分鐘;3#烘箱的溫度設(shè)定為80° C，風(fēng)機(jī)速度為1200轉(zhuǎn)/分鐘。實(shí)施例4:在獲得上述制作負(fù)極片用的勻好的負(fù)極漿料后，在平野涂布機(jī)上開始涂布。其中涂布速度為2.5米/秒，涂布方式為輥式。1#烘箱的溫度設(shè)定為100° C，風(fēng)機(jī)速度為500轉(zhuǎn)/分鐘;2#烘箱的溫度設(shè)定為110° C，風(fēng)機(jī)速度為500轉(zhuǎn)/分鐘;3#烘箱的溫度設(shè)定為125° C，風(fēng)機(jī)速度為500轉(zhuǎn)/分鐘。圖2為實(shí)施例廣4不同負(fù)極涂布工藝制備出的鋰離子全電池的循環(huán)性能。其中，實(shí)施例廣4循環(huán)容量保持在85%以上的循環(huán)次數(shù)分別為221、700、303、452次。圖3是實(shí)施例f 4中全電池的電化學(xué)阻抗譜測量結(jié)果。根據(jù)圖疒3，我們可以得出，當(dāng)正極、電解液、隔膜生產(chǎn)所用的材料和生產(chǎn)工藝完全相同，只有負(fù)極涂布工藝存在差異時(shí)，全電池的中頻段阻抗(電化學(xué)反應(yīng)阻抗)比較大的電池的循環(huán)性能優(yōu)異。通過R(QRsm)W模擬電路分析，實(shí)施例Γ4中的Rsur分別為29.1m Ω，34.9m Ω、32.Im Ω和34m Ω，其中R為電路中的純物理阻抗，Q為橫相位元件，Rsur為電化學(xué)表面反應(yīng)阻抗，W為鋰離子固相擴(kuò)散阻抗。

需要說明的是，為了更清楚地進(jìn)行對比，圖中的數(shù)據(jù)已經(jīng)忽略了電池系統(tǒng)中的純物理電阻阻抗部分。圖4是實(shí)施例f 4的全電池電化學(xué)表面反應(yīng)阻抗與電池循環(huán)次數(shù)的關(guān)系。電池循環(huán)次數(shù)是指容量保持率在85%以上的循環(huán)次數(shù)。從圖中可以看出，隨著電化學(xué)表面反應(yīng)阻抗的增加，循環(huán)次數(shù)增多。只有當(dāng)電化學(xué)阻抗大于34.2mΩ的電池的循環(huán)性能才能達(dá)到500次容量保持在85%以上。因此，我們進(jìn)而可以確定實(shí)施例2的負(fù)極涂布工藝優(yōu)于實(shí)施例1、實(shí)施例3和實(shí)施例4。本發(fā)明通過建立電池電化學(xué)阻抗譜與電池循環(huán)性能的對應(yīng)關(guān)系后，后期可以根據(jù)電池的電化學(xué)阻抗譜快速來判斷電池循環(huán)性能的差異，不必再對電池進(jìn)行循環(huán)性能測試，從而大大節(jié)約了實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，進(jìn)而快速選擇最佳的負(fù)極涂布工藝參數(shù)，以使電池的循環(huán)性能得到最佳。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)Eis譜快速判斷負(fù)極涂布工藝對電池循環(huán)性能影響的方法，其特征在于，包括以下步驟: 調(diào)節(jié)負(fù)極涂布機(jī)的涂布工藝參數(shù)制備不同的負(fù)極片； 對所述負(fù)極片制作的不同鋰離子全電池進(jìn)行循環(huán)性能測試； 測量所述鋰離子全電池在滿電狀態(tài)下的電化學(xué)阻抗譜； 建立所述電化學(xué)阻抗譜與循環(huán)性能間的對應(yīng)關(guān)系； 根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系及鋰電池的電化學(xué)阻抗譜，判斷所述負(fù)極涂布工藝參數(shù)對鋰電池循環(huán)性能的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述根據(jù)EIS譜快速判斷負(fù)極涂布工藝對電池循環(huán)性能影響的方法，其特征在于，所述涂布工藝參數(shù)包括負(fù)極涂布機(jī)的涂布速度、烘箱溫度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述根據(jù)EIS譜快速判斷負(fù)極涂布工藝對電池循環(huán)性能影響的方法，其特征在于，所述涂布速度2 10米/分鐘，所述烘箱溫度為5(Γ130° C，所述風(fēng)機(jī)速度為500 1000轉(zhuǎn)/分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述根據(jù)EIS譜快速判斷負(fù)極涂布工藝對電池循環(huán)性能影響的方法，其特征在于，采用Arbin MITS Pro電池測試系統(tǒng)對所述鋰離子全電池進(jìn)行電池循環(huán)性能測試。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述根據(jù)EIS譜快速判斷負(fù)極涂布工藝對電池循環(huán)性能影響的方法，其特征在于，所述電池循環(huán)性能測試采用充放電制式，其中，IC恒流充電到4.2V，4.2V恒壓充電，截止電流0.05C, IC恒流放電到3.0V,為一個(gè)循環(huán)周期。
6.根據(jù)權(quán)利要求 1所述根據(jù)EIS譜快速判斷負(fù)極涂布工藝對電池循環(huán)性能影響的方法，其特征在于，采用電化學(xué)工作站對所述鋰離子全電池進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜測試。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述根據(jù)EIS譜快速判斷負(fù)極涂布工藝對電池循環(huán)性能影響的方法，其特征在于，在電化學(xué)阻抗譜測試時(shí)所述鋰離子全電池的測量電壓為4.19V，測量頻率范圍為50mHZ-1000HZ，電壓振幅為5mV。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種根據(jù)EIS譜快速判斷負(fù)極涂布工藝對電池循環(huán)性能影響的方法。所述方法通過調(diào)節(jié)負(fù)極涂布機(jī)涂布工藝參數(shù)制備一系列不同負(fù)極片，對利用所述不同負(fù)極片制作的鋰電池進(jìn)行循環(huán)性能測試，并測量所述鋰電池的電化學(xué)阻抗譜，建立鋰電池的電化學(xué)阻抗譜與循環(huán)性能間對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系及測量的鋰電池電化學(xué)阻抗譜，預(yù)測負(fù)極涂布工藝參數(shù)對鋰離子電池循環(huán)性能的影響。由于采用上述方案，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)不需再對電池進(jìn)行充放電循環(huán)性能測試就能快速地預(yù)測負(fù)極涂布工藝參數(shù)對鋰離子電池循環(huán)性能的影響，從而節(jié)約了電池循環(huán)性能測試的時(shí)間和成本，并可快速找出最佳負(fù)極涂布工藝參數(shù)。
文檔編號G01R31/36GK103076572SQ20121058325
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者李新峰, 孫菲, 王穎, 高俊奎 申請人:天津力神電池股份有限公司