[发明专利]一种利用参比电极监测负极析锂的实验方法

说明书

本发明公开了一种利用参比电极监测负极析锂的实验方法，首先采用一定尺寸的铜丝作为基底，在电芯制作过程中预埋进电芯内部；其次，在电芯制作完成后，将电芯调节至一定充电状态，通过控制电流和时间，对铜丝进行电化学沉积锂，得到一定厚度并均匀的锂层，从而得到参比电极；然后将三电极电池与充放电设备连接，对正、负极施加电流，在电池充放电过程中，利用参比电极监测全电池的电位变化，并确认准确性；最后分析电池的负极是否析锂。本发明的有益效果：本发明通过电化学方法，利用参比电极来监测电池内各电极的电势变化，从而判断负极析出锂的失效点，与现有拆解观察方法相比，本发明更简单、方便，可信度更高，并且更实用。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体来说，涉及一种利用参比电极监测负极析锂的实验方法。

背景技术

锂离子电池因其具有能量密度高、输出电压高、自放电率低、使用寿命长、无记忆效应和环境友好等优异特点而广泛应用于笔记本电脑、手机、摄像机、仪器仪表、电动工具等终端设备。其市场份额不断扩大，逐步取代镍镉（Ni-Cd）和金属镍-氢化物（Ni-MH）电池，占据了主导地位。

目前市场上有软包、钢壳、铝壳等类型的锂离子电池，其中软包装锂离子电池具有安全性能好、重量轻、容量大、内阻小、设计灵活等优点，不仅应用于消费类电池中，在电动汽车（EV）、储能、军工等高技术产业里也被广泛应用。

在锂离子电池体系里，负极材料对电池的整体性能有较大的影响，目前产业化的锂离子电池负极材料主要是各种碳材料，包括石墨化碳材料和无定形碳材料，如天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软碳和硬碳等。其他非碳负极材料包括氟化物、硅基材料、锡基材料、钛基材料、合金材料等成为寻求下一代高比容量、高能量密度的锂离子电池负极材料的研究热点。

由于碳材料、硅基材料、锡基材料和过度金属氧化物作为锂离子电池负极材料的反应电位与金属锂的沉积电位相近时，负极容易发生析锂现象。锂离子电池负极析锂发生在大倍率、低温或者过充电等条件下，造成析锂的主要原因是锂离子的嵌入反应动力学和在负极材料固相中的扩散速率降低，极化增大，导致负极过电位较大，当负极电位达到析锂电位时会发生析锂和锂枝晶的生成。沉积的锂与电解液反应消耗活性锂，导致活性锂的损失和表面SEI膜的增厚，引起电池的容量损失和电池寿命的降低。另外，负极锂枝晶的生长和死锂的行成，容易刺破隔膜导致电池正负极短路，进而引发安全问题。

由于锂金属非常活泼，接触空气即发生反应，且对电子不敏感，对其监测较为困难，通过能谱、XRD等手段很难监测到负极析出的锂。目前锂离子电池负极析锂的检测方法较为单一，主要是通过电池拆解，观察负极极片的形貌进行分析，一般只有当电极表面有大量的枝晶状物质生成时才能通过扫描电镜或者光学显微镜观察到，此时电池的安全性可能已经受到威胁。因此目前需要对负极析锂进行准确的检测，从而避免锂离子电池由于负极析锂导致的安全性问题，保证锂离子电池的使用寿命和安全性能。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种利用参比电极监测负极析锂的实验方法，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种利用参比电极监测负极析锂的实验方法，包括以下步骤：

S1：采用一定尺寸的铜丝作为基底，在电芯制作过程中预埋进电芯内部；

S2：电芯制作完成后，将电芯调节至一定充电状态，通过控制电流和时间，对铜丝进行电化学沉积锂，得到一定厚度并均匀的锂层，从而得到参比电极；

S3：将三电极电池与充放电设备连接，对正、负极施加电流，在电池充放电过程中，利用参比电极监测全电池的电位变化，并确认准确性；

S4：分析电池的负极是否析锂。

进一步的，在步骤S1之前，还应包括如下步骤：