本發(fā)明涉及一種材料性能的測(cè)定方法，具體涉及一種測(cè)定鋰離子電池用ptc材料性能的方法。

背景技術(shù)：

鋰離子電池的安全事故多，是由于大電流、外部短路、過熱、過充電等不當(dāng)使用情況下引發(fā)電池的熱失控，導(dǎo)致電池起火甚至爆炸。提高鋰離子電池使用中的安全性一直是鋰離子電池研究的重大技術(shù)問題。

ptc(positivetemperaturecoefficient)正溫度系數(shù)材料是指材料的電阻值隨溫度的升高而上升的一種熱敏材料，即材料的電阻或者電阻率在某一定的溫度范圍內(nèi)時(shí)基本保持不變或僅有微小量的變化。而當(dāng)溫度達(dá)到材料的某個(gè)特定的轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度(居里溫度)附近時(shí)，材料的電阻率會(huì)在幾度或十幾度狹窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生突變，電阻率迅速增大103-109數(shù)量級(jí)。ptc熱敏電阻本體溫度的變化可以由流過ptc熱敏電阻的電流來獲得，也可以由外界輸入熱量或者這二者的疊加來獲得。

合適的ptc材料(或者制作成期間)可以裝配到電池內(nèi)部，或者復(fù)合于電池的電極內(nèi)部，可以在電池大電路、短路、過充等導(dǎo)致電池溫度升高時(shí)，降低流經(jīng)電極的電流，起到保護(hù)電池的作用，同時(shí)，電池內(nèi)阻的急速增大引起電端電壓的顯著變化，使電池管理系統(tǒng)盡早啟動(dòng)保護(hù)，也起到保護(hù)電池的作用。再者，ptc材料在溫度變化導(dǎo)致內(nèi)阻急劇變化時(shí)，ptc材料體積會(huì)增大，內(nèi)部可以吸收電池極片外部的電解液，一定程度上也有利于提高電池的安全性，這種基于ptc材料的電池自激發(fā)保護(hù)措施對(duì)提高鋰離子儲(chǔ)能電池的安全性具有重要的實(shí)用價(jià)值，ptc材料的應(yīng)用是近年來國(guó)內(nèi)外鋰離子電池安全性能改善技術(shù)的主要研究方向之一。

目前針對(duì)ptc材料在鋰離子電池中的應(yīng)用研究，主要是某種材料在電池中的應(yīng)用方法以及應(yīng)用后對(duì)電池性能的影響，因此需要提供一種測(cè)定鋰離子電池用ptc材料性質(zhì)的方法，以為鋰離子電池用ptc材料的選擇提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而提高安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種測(cè)定鋰離子電池用ptc材料性能的方法，通過該方法可以準(zhǔn)確選擇出適用于鋰離子電池的ptc材料，既保證了鋰離子電池的電化學(xué)性能，又提高了其安全性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種測(cè)定鋰離子電池用ptc材料性能的方法，該方法包括以下步驟：

1)測(cè)量ptc材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；

2)測(cè)量ptc復(fù)合電極發(fā)生ptc效應(yīng)的溫度；

3)測(cè)量ptc復(fù)合電極的鋰離子電池在不同溫度下的電阻；

4)檢測(cè)ptc復(fù)合電極的鋰離子電池的電化學(xué)性能和安全性能。

一種測(cè)定鋰離子電池用ptc材料性能的方法的第一優(yōu)選方案，測(cè)量ptc材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度包括：取ptc材料，用熱重分析儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量溫度為室溫到200℃，升溫速率為2-4℃/min，測(cè)量氣氛為氮?dú)狻?/p>

一種測(cè)定鋰離子電池用ptc材料性能的方法的第二優(yōu)選方案，選擇用于鋰離子電池的ptc材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度范圍為70-130℃。

一種測(cè)定鋰離子電池用ptc材料性能的方法的第三優(yōu)選方案，測(cè)量ptc復(fù)合電極發(fā)生ptc效應(yīng)的溫度的方法為：

(1)制備復(fù)合電極，復(fù)合電極中導(dǎo)電劑和ptc材料的比例為4:1～9:1，復(fù)合電極的干燥溫度不高于70℃；

(2)將所述復(fù)合電極放在可變溫探針臺(tái)上，給探針臺(tái)升溫到150℃，升溫速率不超過5℃/min，在開始升溫的同時(shí)，開啟四探針測(cè)試儀的電阻測(cè)試，記錄復(fù)合電極在升溫過程中的電阻變化及發(fā)生ptc效應(yīng)對(duì)應(yīng)的溫度。

一種測(cè)定鋰離子電池用ptc材料性能的方法的第四優(yōu)選方案，測(cè)量ptc復(fù)合電極的鋰離子電池在不同溫度下的電阻的方法為：

首先測(cè)試一下電池在室溫的交流阻抗，然后開始升溫，升溫后的測(cè)試溫度從50℃開始，每升高5℃后，靜置1小時(shí)，然后測(cè)試電池的交流阻抗，測(cè)試完成后，繼續(xù)升溫，最高測(cè)試到150℃。

一種測(cè)定鋰離子電池用ptc材料性能的方法的第五優(yōu)選方案，用于鋰離子電池的不同溫度下的電阻與室溫下的電阻對(duì)比所得升阻比至少為102以上。

一種測(cè)定鋰離子電池用ptc材料性能的方法的第六優(yōu)選方案，使用電池測(cè)試儀測(cè)量電化學(xué)性能和安全性能，電化學(xué)性能測(cè)試內(nèi)容主要包括：電池室溫下的循環(huán)性能、電池高溫下的循環(huán)性能，電池的倍率充放電性能、電池的高低溫充放電性能；所述安全性能測(cè)試內(nèi)容主要包括：過充電測(cè)試、短路測(cè)試、加熱測(cè)試。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果如下：

1.本發(fā)明提供的方法能夠初步快速得出適用于鋰離子電池的ptc材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫 度；

2.通過對(duì)復(fù)合電極發(fā)生ptc效應(yīng)的溫度的測(cè)定，可以快速準(zhǔn)備選擇適用于鋰離子電池的ptc材料；

3.通過四探針測(cè)試儀測(cè)量ptc復(fù)合電極在不同溫度下的電阻，測(cè)量速度快，準(zhǔn)確度高；

4.通過將該方法選擇的ptc材料用于鋰離子電池中，可不影響電池電化學(xué)性能的前提下，提高了電池使用的安全性。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

一種測(cè)定鋰離子電池用ptc材料性能的方法，具體包括如下步驟：

1.ptc材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)量

目前在鋰離子電池中具有應(yīng)用潛力的ptc材料主要是高分子聚合物類的材料，這類材料在發(fā)生玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，也是其發(fā)生ptc效應(yīng)時(shí)。而對(duì)于鋰離子電池，其在使用過程中，內(nèi)部溫度可能會(huì)達(dá)到70℃，但當(dāng)電池溫度達(dá)到130℃時(shí)，隔膜開始收縮，造成電池的短路，最終引發(fā)安全事故。因此，在鋰離子電池中應(yīng)用的ptc材料，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度一定要在70-130℃之間，這種既能保證鋰離子電池的正常使用，又能在電池發(fā)生安全事故前，發(fā)生ptc效應(yīng)，阻止電池安全事故發(fā)生。

具體測(cè)量方法為：取0.1-0.5gptc材料，用熱重分析儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量溫度為室溫到200℃，升溫速率為2-4℃/min，測(cè)量氣氛為氮?dú)?。通過材料的熱重曲線，即可得到材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，對(duì)于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不在70-130℃的材料，排除其在鋰離子電池中應(yīng)用的可能性。

2.ptc復(fù)合電極發(fā)生ptc效應(yīng)的溫度測(cè)量

將上述步驟1中篩選得到的ptc材料與鋰離子電池用導(dǎo)電劑制備成復(fù)合電極，復(fù)合電極中導(dǎo)電劑和ptc材料的質(zhì)量比例為4:1或9:1，復(fù)合電極的干燥溫度不高于70℃，以防止電極在干燥過程中發(fā)生ptc效應(yīng)，導(dǎo)致電極的失效。

將制作好的復(fù)合電極放在可變溫探針臺(tái)上的測(cè)試位，給探針臺(tái)升溫到150℃，升溫速率不超過5℃/min，在開始升溫的同時(shí)，開啟四探針測(cè)試儀的電阻測(cè)試，記錄復(fù)合電極在升溫過程中的電阻變化，并考察在70-130℃之間，復(fù)合電極有沒有發(fā)生ptc效應(yīng)。對(duì)于沒有發(fā)生ptc效應(yīng)的電極，排除其ptc材料在鋰離子電池中應(yīng)用的可能性。

3.ptc復(fù)合電極的鋰離子電池在不同溫度下電阻的測(cè)量

將上述方法2中篩選得到的ptc復(fù)合電極與鋰離子電池的其他部件(負(fù)極、隔膜、電解液)組裝成鋰離子電池，然后測(cè)試電池的ptc效應(yīng)，并計(jì)算電池在從常溫到ptc效應(yīng)發(fā)生后的升阻比。

將含ptc復(fù)合電極的鋰離子電池放入鼓風(fēng)烘箱中，所用烘箱的溫度控制精度不低于±1℃，將電池的正負(fù)極與電化學(xué)工作站連接。首先測(cè)試一下電池在室溫的交流阻抗，然后開始升溫，升溫后的測(cè)試溫度從50℃開始，每升高5℃后，靜置1小時(shí)，然后測(cè)試電池的交流阻抗，測(cè)試完成后，繼續(xù)升溫，最高測(cè)試到150℃。

交流阻抗的測(cè)試參數(shù)為：振幅5mv，頻率范圍100khz-1mhz。記錄不同溫度下交流阻抗的測(cè)試結(jié)果，并將電池發(fā)生ptc效應(yīng)后的電阻與室溫下的電阻做比對(duì)，計(jì)算升阻比。

對(duì)于鋰離子電池，發(fā)生ptc效應(yīng)后，升阻比越高，電池越安全，從電池發(fā)生安全事故角度考慮，升阻比至少應(yīng)在102以上。對(duì)于升阻比達(dá)不到該數(shù)值的鋰離子電池，排除其含的ptc材料在鋰離子電池中應(yīng)用的可能性。

4.含ptc材料的鋰離子電池性能測(cè)試

將ptc采用應(yīng)用于鋰離子電池，是為了提高電池的安全性能，但在電池中引入ptc材料后，是否會(huì)影響到電池的電化學(xué)性能，還需要測(cè)試。如果ptc材料的加入，明顯降低了鋰離子電池的電化學(xué)性能，則該材料不具備在電池中應(yīng)用的價(jià)值。

制作同種材料體系、同種型號(hào)的鋰離子電池，其中一種不含ptc材料，一種含ptc材料，然后使用電池測(cè)試儀分別測(cè)試電池的電化學(xué)性能和安全性能。

電化學(xué)性能測(cè)試內(nèi)容主要包括：電池室溫下的循環(huán)性能(25℃)、電池高溫下的循環(huán)性能(55～75℃)，電池的倍率充放電性能、電池的高低溫充放電性能，安全性能測(cè)試內(nèi)容主要包括：過充電測(cè)試、短路測(cè)試、加熱測(cè)試。

如果ptc材料加入鋰離子電池后，電池的電化學(xué)性能有明顯下降，或者電池的安全性能沒有得到改善，則排除該材料在鋰離子電池中應(yīng)用的可能性。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，參照上述實(shí)施例可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。