本發(fā)明屬于鋰離子電池生產(chǎn)工藝領(lǐng)域，具體是一種測試鋰離子電池磷酸亞鐵鋰正極片最優(yōu)壓實(shí)密度的方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是具有一系列優(yōu)良性能的綠色電池，已被廣泛應(yīng)用。磷酸亞鐵鋰材料由于具有高安全、高環(huán)保、高比能量、低價格、長壽命等優(yōu)點(diǎn)，成為公認(rèn)的鋰離子動力電池的首選材料，而以磷酸亞鐵鋰為正極材料的鋰離子電池現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電動工具、電動自行車、助力車、高爾夫球車、航模玩具、礦燈等動力電池領(lǐng)域。隨著以磷酸亞鐵鋰為正極材料的鋰離子二次電池的廣泛應(yīng)用，公司間的競爭加劇，而客戶對電池性能的要求更高。因此，提高電池的性能顯得更加重要。
壓實(shí)密度方面，已公開的專利大都為提高鋰離子電池正極或負(fù)極材料壓實(shí)密度的制備方法。比如，中國專利201510878319.9，一種提高鋰離子正極材料鎳鈷鋁酸鋰(NCA)壓實(shí)密度的制備方法；中國專利201310712592.5，一種鋰離子電池用高壓實(shí)密度鋰錳氧化物及其制備方法。理論上，存在適當(dāng)?shù)膲簩?shí)密度。但已公開的專利中并沒有探討壓實(shí)密度對電池性能的影響方面的相關(guān)專利。本專利從輥壓工藝的角度，探討磷酸亞鐵鋰正極片壓實(shí)密度對電池性能的影響，確定磷酸亞鐵鋰正極片現(xiàn)行涂布厚度的最優(yōu)壓實(shí)密度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種探究鋰離子電池磷酸亞鐵鋰正極片最優(yōu)壓實(shí)密度的方法，確定給定涂布厚度下的最優(yōu)壓實(shí)密度。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種測試鋰離子電池磷酸亞鐵鋰正極片最優(yōu)壓實(shí)密度的方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)預(yù)處理：取未經(jīng)輥壓的磷酸亞鐵鋰正極片，放入烘箱中于80℃烘烤12h，沖極片，逐個稱重與測厚度并分組，篩選出質(zhì)量與厚度在一定誤差范圍內(nèi)的一組，調(diào)試雙精度寬輥軋壓機(jī)的刻度進(jìn)行輥壓并分組，放入烘箱中于80℃烘烤3h；
(2)制作扣電：以磷酸亞鐵鋰正極片、鋰負(fù)極片，在真空皮套箱中制作扣電，利用扣式電池封口機(jī)封口，靜置30min；
(3)化成：利用高精度電池性能測試系統(tǒng)采用以下的化成工步：恒流充電，截止電壓3.65V；恒壓充電，截止電流0.05C；恒流放電，截止電壓2.5V；進(jìn)行兩周的充放電，第一周以0.1C的電流充放電，第二周以0.5C的電流充放電；
(4)充電：以0.1C的電流充電至半電態(tài)，截止容量為化成結(jié)束時容量的一半；
(5)測試：采用電化學(xué)工作站IVIUM-n-STAT進(jìn)行兩項電化學(xué)測試，首先進(jìn)行交流阻抗譜的測試，然后進(jìn)行線性掃描的測試；
(6)數(shù)據(jù)處理：化成結(jié)果數(shù)據(jù)的處理，統(tǒng)計每個扣電的克容量；電化學(xué)測試結(jié)果數(shù)據(jù)的處理，利用線性掃描的結(jié)果數(shù)據(jù)計算交換電流密度，利用阻抗擬合的數(shù)據(jù)一方面計算Li+的固相擴(kuò)散系數(shù)，另一方面采用等效電路進(jìn)行阻抗擬合得到內(nèi)阻。
進(jìn)一步方案，所述步驟(1)中質(zhì)量誤差1mg，厚度誤差1μm，按照5μm的厚度差進(jìn)行分組。
進(jìn)一步方案，交流阻抗譜的測試，起始電壓均在3.42V-3.43V，掃描頻率100000-0.01Hz，電流范圍為100mA；等待開路電壓穩(wěn)定后，進(jìn)行線性掃描的測試，電壓幅值50mV，電壓間隔為1mV，掃描速率為1mV/s，電流范圍為1mA。
進(jìn)一步方案，所述步驟(6)內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻、SEI膜內(nèi)阻和電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明方法包括極片進(jìn)行預(yù)處理、制作扣電、化成、充電、測試、數(shù)據(jù)處理步驟，分析結(jié)果，克容量、交換電流密度與Li+的固相擴(kuò)散系數(shù)最大，同時內(nèi)阻最小，這樣的電池性能最優(yōu)。綜合這幾個參量，選出性能最優(yōu)的電池對應(yīng)的極片的壓實(shí)密度，即為極片的最優(yōu)壓實(shí)密度。
附圖說明
圖1是本發(fā)明一種測試鋰離子電池磷酸亞鐵鋰正極片最優(yōu)壓實(shí)密度的方法的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
本發(fā)明的測試對象是鋰離子電池的磷酸亞鐵鋰正極片。
如圖1所示，本發(fā)明測試鋰離子電池磷酸亞鐵鋰正極片最優(yōu)壓實(shí)密度的方法，包括如下步驟：
1、準(zhǔn)備極片：取未經(jīng)輥壓的磷酸亞鐵鋰正極片，放入烘箱中于80℃烘烤12h，沖直徑12mm的極片，逐個稱重與測厚度并分組，帥選出質(zhì)量誤差1mg，且厚度誤差1μm的一組極片作為實(shí)驗(yàn)對象，然后調(diào)試雙精度寬輥軋壓機(jī)的刻度進(jìn)行輥壓，測厚度，按照5μm的厚度差進(jìn)行分組，放入烘箱中于80℃烘烤3h以上。極片質(zhì)量24.4-24.5mg，極片原始厚度117-118μm，輥壓后按厚度(壓實(shí)密度)以5μm的厚度差分為如表1所示的7組，其中第7組為原始厚度即未輥壓(最小的壓實(shí)密度)，第一組為能輥壓出的最薄的厚度(最大的壓實(shí)密度)。
2、制作扣電：以磷酸亞鐵鋰正極片、鋰負(fù)極片，在真空皮套箱中制作扣電，然后利用扣式電池封口機(jī)封口，靜置30min。
3、化成：室溫下利用高精度電池性能測試系統(tǒng)按照以下的化成工步：恒流充電，截止電壓3.65V；恒壓充電，截止電流0.05C；恒流放電，截止電壓2.5V；進(jìn)行兩周的充放電，第一周以0.1C的電流充放電，第二周以0.5C的電流充放電?；山Y(jié)束時扣電容量2.3-2.6mAh。
4、充電：室溫下以0.1C的電流充電至半電態(tài)，截止容量為化成結(jié)束時容量的一半。為避免誤差，使扣電進(jìn)行電化學(xué)測試時的狀態(tài)一致，充電截止容量均取為1.3mAh。
5、測試：采用電化學(xué)工作站IVIUM-n-STAT進(jìn)行兩項電化學(xué)測試，首先進(jìn)行交流阻抗譜的測試，起始電壓均在3.42-3.43V，掃描頻率100000-0.01Hz，電流范圍為100mA；等待開路電壓穩(wěn)定后，進(jìn)行線性掃描的測試，電壓幅值50mV左右，電壓間隔為1mV，掃描頻率為1mV/s，電流范圍為1mA。
6、數(shù)據(jù)處理：化成結(jié)果數(shù)據(jù)的處理，統(tǒng)計每個扣電的克容量；電化學(xué)測試結(jié)果數(shù)據(jù)的處理，利用線性掃描的結(jié)果數(shù)據(jù)計算交換電流密度，利用阻抗擬合的數(shù)據(jù)一方面計算Li+的固相擴(kuò)散系數(shù)，另一方面采用等效電路進(jìn)行阻抗擬合得到內(nèi)阻，如歐姆內(nèi)阻、SEI膜內(nèi)阻、電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻。每組的每樣數(shù)據(jù)，剔除壞數(shù)據(jù)后進(jìn)行排序，然后剔除兩個最大與兩個最小的，對其余數(shù)據(jù)取平均。
測試結(jié)果見表1與表2。
從表1與表2可知，(a)變化趨勢：克容量、交換電流密度及Li+的固相擴(kuò)散系數(shù)，均隨正極片壓實(shí)密度的增大(壓實(shí)厚度的減小)，大致上呈現(xiàn)先增后減的趨勢；歐姆內(nèi)阻、SEI內(nèi)阻、電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻，均隨正極片壓實(shí)密度的增大，無明顯規(guī)律。(b)最值：克容量的最大值出現(xiàn)在第4組，交換電流密度及Li+的固相擴(kuò)散系數(shù)的最大值出現(xiàn)在第3組，SEI內(nèi)阻及電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻的最小值均出現(xiàn)在第3組。因此，第3組(厚度97-98μm，壓實(shí)密度2.21964g/cm3)與第4組(102-103μm，壓實(shí)密度2.07614g/cm3)的綜合性能較優(yōu)，為得到最優(yōu)的壓實(shí)密度，有必要對第3、4組進(jìn)行區(qū)間細(xì)化實(shí)驗(yàn)。
細(xì)化實(shí)驗(yàn)的正極片為上次實(shí)驗(yàn)剩余的極片，即極片的初始狀態(tài)一致，極片質(zhì)量24.4-24.5mg，極片原始厚度117-118μm。極片按輥壓后的厚度分為如表3所示的5組。按照上述步驟2-6進(jìn)行操作。測試結(jié)果見表3與表4。由表3與表4可知，第五組(厚度103μm，壓實(shí)密度2.062808g/cm3)的綜合性能最優(yōu)，克容量排第3大，交換電流密度排第2大，擴(kuò)散系數(shù)排第1大，歐姆內(nèi)阻第2小，SEI膜內(nèi)阻第1小，電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻第1小。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：(1)從克容量、交換電流密度、Li+的固相擴(kuò)散系數(shù)、歐姆內(nèi)阻、SEI膜內(nèi)阻、電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻這些參量的角度分析，磷酸亞鐵鋰正極片在一定的涂布厚度下，存在最優(yōu)的壓實(shí)密度。(2)從克容量、交換電流密度、Li+的固相擴(kuò)散系數(shù)、歐姆內(nèi)阻、SEI膜內(nèi)阻、電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻這些參量的角度分析，磷酸亞鐵鋰正極片，涂布厚度118μm，輥壓至壓實(shí)密度為2.062808g/cm3時，極片性能最優(yōu)。
表1克容量、交換電流密度、Li+的固相擴(kuò)散系數(shù)
表2內(nèi)阻
表3細(xì)化實(shí)驗(yàn)克容量、交換電流密度、Li+的固相擴(kuò)散系數(shù)
表4細(xì)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)阻
基于本發(fā)明的實(shí)施例，其他技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其他實(shí)施例，均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明創(chuàng)造中的各個技術(shù)特征，在不互相矛盾沖突的前提下可以交互組合。本發(fā)明是結(jié)合我司鋰離子電池磷酸亞鐵鋰正極片進(jìn)行的探究，對其它材料的正極片與負(fù)極片在給定的涂布厚度下采用本發(fā)明的方法確定其最優(yōu)壓實(shí)密度，仍屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。