【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰離子電池，具體而言，涉及正極材料、鋰電池、鋰離子擴散系數的測試方法及裝置。
技術介紹
1、動力電池應用要求正極材料具有優異的倍率性能以實現快充功能，而儲能領域要求電池具有較好低溫(-10℃)性能，避免鋰枝晶導致短路甚至發生火災，這些都與鋰離子在電極材料中的固相擴散系數有關，鋰離子擴散系數是衡量材料倍率性能和電池電化學仿真建模必不可少的參數之一。準確確定正極材料的鋰離子擴散系數，有利于準確確定正極材料的性能和設計鋰電池，以及監控鋰離子電池的性能。
2、gitt具有設備簡單、操作便捷等優點，目前常用恒電流間歇滴定法(gitt方法)測試正極材料中鋰離子擴散系數，但是，恒電流間歇滴定法中需要測試正極材料的摩爾體積vm、表面積s，而其摩爾體積vm測試困難、表面積s的選取不一致，進而影響測試結果的準確性。例如，對于經過碳包覆的磷酸錳鐵鋰材料，使用bet進行顆粒表面積s的測試，無法排除碳包覆以及添加導電劑、pvdf等添加劑所帶來的比表面積的影響，進而會導致鋰離子擴散系數計算結果不準確。而鋰離子擴散系數不準確評估，會減緩開發快充或儲能體系的進度。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供正極材料、鋰電池、鋰離子擴散系數的測試方法及裝置，提高鋰離子擴散系數計算結果的準確性，進而提供具有良好的鋰離子擴散性能的正極材料和鋰電池，以及準確監控鋰電池中鋰離子擴散性能，提高安全性。
2、本專利技術是這樣實現的：
3、第一方面，本專利技術提供一種正極材料，所
4、
5、其中，d為所述鋰電池中鋰離子擴散系數，d的范圍為10-16～10-9cm2·s-1；
6、tp為所述鋰電池在恒電流充電/放電時鋰離子擴散時間；
7、為所述鋰電池中所述正極材料顆粒的平均體積密度對應的半徑；
8、δes表示弛豫時，所述鋰電池電壓的變化；
9、δet表示恒電流充電/放電時，隨電流引起的所述鋰電池電壓變化。
10、在可選的實施方式中，所述正極材料顆粒的平均體積密度根據式ii計算得到，所述公式ii為：
11、其中，為所述正極材料顆粒的平均體積密度，x為所述正極材料顆粒的粒徑，xa為所述正極材料累計粒度分布百分數達到a時的粒徑，xb為所述正極材料累計粒度分布百分數達到b時的粒徑，f(x)為所述正極材料顆粒的粒徑為x時的體積密度。
12、在可選的實施方式中，所述a∈(0-10％)，所述b∈(90％-100％)
13、在可選的實施方式中，所述正極材料為磷酸鐵鋰，d的預設范圍為10-14～10-10cm2·s-1。
14、在可選的實施方式中，所述正極材料為磷酸錳鐵鋰，d的預設范圍為10-16～10-13cm2·s-1。
15、在可選的實施方式中，所述正極材料為鎳鈷錳三元材料，d的預設范圍為10-13～10-9cm2·s-1。
16、在可選的實施方式中，所述正極材料為經過顆粒級配的正極材料。
17、在可選的實施方式中，對鋰電池進行恒電流間歇滴定法測試，得到δes和δet。
18、在可選的實施方式中，對鋰電池進行恒電流間歇滴定法測試，所述δet＝e2-e1，tp＝t2-t1；其中，e2為t2時間的電壓，t2為電壓恒流充電/放電結束的時間；e1為t1時間的電壓，t1為歐姆極化時間。
19、在可選的實施方式中，對恒電流間歇滴定法測試得到恒流段電壓變化量δe與時間的平方根作圖并進行兩段線性擬合，擬合得到的兩段直線的交點橫坐標作為t1。
20、在可選的實施方式中，在電化學工作站上進行所述恒電流間歇滴定法測試流程中，先調整電流密度為0.03-0.09c，電壓區間為c-d，恒電流時間為20-30min，隨后靜置弛豫時間3-5h，重復恒電流充電/放電和靜置弛豫程序，直至電池電壓達到測試規定的區間的上下限；其中，c為1.5-2.5v，d為3.5-5v。
21、第二方面，本專利技術提供一種鋰電池，包括前述任意一項所述的正極材料。
22、第三方面，本專利技術提供一種前述鋰電池中鋰離子擴散系數的測試方法，包括：
23、獲取鋰電池的參數tp、δes和δet的值；
24、基于tp、δes和δet的值和所述公式i，計算得到所述鋰電池的鋰離子擴散系數d；
25、判斷鋰離子擴散系數d在預設范圍內的情況下，確定所述鋰電池的性能正常；
26、在鋰離子擴散系數d不在預設范圍內的情況下，確定所述鋰電池的性能異常。
27、第四方面，本專利技術提供一種前述鋰電池中鋰離子擴散系數的測試裝置，包括：
28、數據收集系統，用于收集鋰電池的tp、δes和δet；
29、數據計算系統，用于根據公式i計算鋰電池的擴散系數d；
30、數據反饋系統，用于判斷擴散系數d是否在預設范圍內，判斷鋰離子擴散系數d在預設范圍內的情況下，確定所述鋰電池的性能正常；在鋰離子擴散系數d不在預設范圍內的情況下，確定所述鋰電池的性能異常。
31、本申請具有以下有益效果：
32、本申請優化了gitt計算公式的參數，減少了vm、s的測試，同時采用更為準確的平均體積密度對應的半徑可提高對鋰離子擴散系數計算的準確性，進而實現對鋰電池或正極材料篩選的準確度，保證正極材料和鋰電池的電化學性能和安全性能。
33、本申請中鋰離子擴散系數的測試方法可應用于便攜式電子產品的電源、三元、磷酸鐵鋰或磷酸錳鐵鋰快充體系的新能源汽車和無人機的動力系統、智能電網的電站等，評估不同材料、電池制備工藝及應用場景(充放電機制、溫度)的鋰離子擴散速率，以判定不同條件下電池內部的鋰離子的擴散情況，防止低溫鋰枝晶造成的電池短路而引發熱失控、內阻較大而啟動或充電較慢等情況，快速排查原因，提高電池使用效果與擴大應用范圍。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種正極材料，其特征在于，所述正極材料用于制備鋰電池，所述鋰電池滿足以下公式I：
2.根據權利要求1所述的正極材料，其特征在于，所述正極材料顆粒的平均體積密度根據式II計算得到，所述公式II為：
3.根據權利要求2所述的正極材料，其特征在于，所述a∈(0-10％)，所述b∈(90％-100％)。
4.根據權利要求1所述的正極材料，其特征在于，所述正極材料為磷酸鐵鋰，D的預設范圍為10-14～10-10cm2·S-1；
5.根據權利要求1所述的正極材料，其特征在于，ΔEs和ΔEt通過對所述鋰電池進行恒電流間歇滴定法測試得到。
6.根據權利要求5所述的正極材料，其特征在于，所述ΔEt＝E2-E1，tp＝t2-t1；其中，E2為t2時間的電壓，t2為電壓恒流充電/放電結束的時間；E1為t1時間的電壓，t1為歐姆極化結束的時間；
7.根據權利要求6所述的正極材料，其特征在于，對恒電流間歇滴定法測試得到的恒流段電壓變化量ΔE與時間的平方根作圖并進行兩段線性擬合，擬合得到的兩段直線的交點橫坐標作為t1。
9.一種權利要求8所述鋰電池中鋰離子擴散系數的測試方法，其特征在于，包括：
10.一種權利要求8所述鋰電池中鋰離子擴散系數的測試裝置，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種正極材料，其特征在于，所述正極材料用于制備鋰電池，所述鋰電池滿足以下公式i：
2.根據權利要求1所述的正極材料，其特征在于，所述正極材料顆粒的平均體積密度根據式ii計算得到，所述公式ii為：
3.根據權利要求2所述的正極材料，其特征在于，所述a∈(0-10％)，所述b∈(90％-100％)。
4.根據權利要求1所述的正極材料，其特征在于，所述正極材料為磷酸鐵鋰，d的預設范圍為10-14～10-10cm2·s-1；
5.根據權利要求1所述的正極材料，其特征在于，δes和δet通過對所述鋰電池進行恒電流間歇滴定法測試得到。
6.根據權利要求5所述的正極...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王文，常清泉，張斌，
申請(專利權)人：上海蘭鈞新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。