[发明专利]一种快速表征锂电池SEI膜稳定性的方法

说明书

本发明涉及一种快速表征锂电池SEI膜稳定性的方法，其特征是：将电池在常温和低温状态下进行电化学阻抗谱(EIS)测试；再将电池进行高温存储，并将存储后电池在常温和低温状态下进行电化学阻抗谱(EIS)测试，数据拟合后，重点对比低温下电池存储前后的SEI膜阻抗变化率，实现锂电池SEI膜稳定性的快速表征。有益效果：本发明通过对电池内阻较小的动力电池，在低温下进行EIS测试，将电池SEI膜阻抗和电荷转移阻抗的阻值放大，经过数据拟合，从而对SEI膜阻抗大小进行量化表征。

技术领域

本发明属于锂离子二次电池技术领域，尤其涉及一种快速表征锂电池SEI膜稳定性的方法。

背景技术

随着对高能量密度动力电池需求的发展，电池的容量在日益增加。尤其是方形动力电池，全新的切极耳卷绕结构以及叠片结构的产生，使得大容量下的电池内阻变得越来越小。SEI膜(固体电解质界面膜)，是具有固体电解质性质的钝化膜层。SEI膜形成于电池的首次充放电过程中，锂离子与溶剂(EC/DMC)、痕量水、HF等在石墨表面形成的一层钝化膜，一层包含高分子与无机盐的多空层。SEI膜的形成对电极材料的性能产生至关重要的影响。一方面，SEI膜的形成消耗了部分锂离子，使得首次充放电不可逆容量增加，降低了电极材料的充放电效率；另一方面SEI膜具有有机溶剂不溶性，在有机电解质溶液中能稳定存在，并且溶剂分子不能通过该层钝化膜，从而能有效防止溶剂分子的共嵌入，避免了因溶剂分子共嵌入对电极材料造成的破坏，因而大大提高了电极的循环性能和使用寿命。电化学阻抗谱(EIS)是一个常用的电池内阻测试方法，通过测定不同频率(f)的扰动信号X和响应信号Y的比值，得到不同频率下阻抗的实部Z’、虚部Z”、模值|Z|和相位角，然后将这些量绘制成各种形式的曲线，详见图1。虽然EIS技术能够精确的将电池内阻分为欧姆阻抗、SEI膜阻抗、电荷转移阻抗和扩散阻抗四部分，但是对于交流内阻在逐步变小的动力电池而言，常规条件下已经无法将SEI膜阻抗和电荷转移阻抗区别开来。因此，为了区分不同化学体系对SEI膜稳定性的影响，只能靠费时的循环性能好坏对其进行表征，但这显然与DOE实验时要求的快速筛选体系不能匹配。

因此，深入研究SEI膜的形成机理、组成结构、稳定性及其影响因素，并进一步寻找改善SEI膜性能的有效途径，一直都是世界电化学界研究的热点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种快速表征锂电池SEI膜稳定性的方法，可以在不损伤电池的情况下快速对不同的电化学体系电池进行筛选，提高效率。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种快速表征锂电池SEI膜稳定性的方法，其特征是：将电池在常温和低温状态下进行电化学阻抗谱(EIS)测试；再将电池进行高温存储，并将存储后电池在常温和低温状态下进行电化学阻抗谱(EIS)测试，数据拟合后，重点对比低温下电池存储前后的SEI膜阻抗变化率，实现锂电池SEI膜稳定性的快速表征，具体步骤如下：

步骤一、将电池调整为相应的0％-100％荷电状态(SOC)；

步骤二、常温状态：对电池(BOL状态)，在25℃-45℃下静置5h-40h，进行EIS测试，得到相应的电化学阻抗谱；

步骤三、低温状态：将电池(BOL状态)，在-40℃-0℃下静置5h-40h，进行EIS测试，得到相应的电化学阻抗谱；

步骤四、高温存储：将电池在55℃-85℃下分别存储7天-90天；

步骤五、存储后的常温状态：将存储后电池(EOL状态)，在25℃-45℃下静置5h-40h，进行EIS测试，得到相应的电化学阻抗谱；

步骤六、存储后的低温状态：将存储后电池(EOL状态)，在-40℃-0℃下静置5h-40h，进行EIS测试，得到相应的电化学阻抗谱；

步骤七、通过对电化学阻抗谱进行拟合分析，重点对比低温下存储前后电池的SEI膜阻抗变化率，变化率小的即为SEI膜稳定性好的体系。