[发明专利]一种快速判别锂电池三元层状正极材料循环寿命的方法

说明书

本发明公开了一种快速判别锂电池三元层状正极材料循环寿命的方法，先将三元层状正极材料制成正极，并匹配负极组装成电池，对电池进行充放电循环测试；然后分析循环前、后材料的X射线粉末衍射谱图，得到循环前、后锂镍混排的变化率；同时通过透射电子显微镜测试材料循环前、后表面类岩盐相的厚度变化；最后根据锂镍混排的变化率结合类岩盐相的厚度变化判别锂电池材料循环寿命，锂镍混排的变化率数值越大，类岩盐相的厚度变化越小，容量衰减速度越慢，材料循环寿命越长。本发明能够快速评判三元层状正极材料的循环稳定性，可以解决因材料初始状态差异而导致无法比较的问题，并减少因对其做长时检测试验而耗费的时间成本，有效加快研发速度。

技术领域

本发明属于材料检测技术领域，具体涉及一种快速判别锂电池三元层状正极材料循环寿命的方法。

背景技术

锂离子电池，也称锂离子二次电池或锂离子蓄电池，是近30多年发展起来的一种新型化学电源。自1991年，日本索尼公司将锂离子电池商业化以来，它一直是世界各国竞相研发和应用的热点。由于具有能量密度高、工作温度范围宽、自放电率小、存储时间长以及无记忆效应等优势，锂离子电池在3C产品、电动汽车和电化学储能领域已经得到广泛应用。

三元层状正极材料(LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中x+y+z＝1)是当下研究的热点，因其具有比容量高、成本低(相对于钴酸锂)等优势，而得到广泛应用。但三元层状正极材料种类繁多，过渡金属原子比例的微小差异会对其循环性能产生巨大影响，且许多三元层状正极材料在循环初期的性能差异并不明显，往往在数百周后才有明显差异。因此，如何快速地从多种候选的三元层状正极材料中寻找到循环寿命最好的材料是筛选优质正极材料的难点之一。

众所周知，研发速度的快慢直接决定着投入的时间成本。虽然可以通过提高研发人员数量和研发设备数量来提高研发速度，但是相关成本较高，且对于加快三元层状正极材料筛选速度作用有限。在三元层状正极材料研发过程中，样品测试占据大量时间，尤其是循环测试。如果能根据前二十周循环材料的某些结构参数变化，推测出材料的循环性能优劣，将大幅提高研发效率。因此，开发出一种快速筛选长寿命三元层状正极材料的方法势在必行。

发明内容

本发明的目的在于针对现有电极材料快速筛选技术的不足，提供一种快速判别锂电池三元层状正极材料循环寿命的方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种快速判别锂电池三元层状正极材料循环寿命的方法，先将三元层状正极材料制成正极，并匹配负极组装成电池，对电池进行充放电循环测试；然后分析循环前、后三元层状正极材料的X射线粉末衍射谱图，得到循环前、后锂镍混排的变化率；同时通过透射电子显微镜测试三元层状正极材料循环前、后表面类岩盐相的厚度变化大小；最后根据锂镍混排的变化率结合类岩盐相的厚度变化大小判别锂电池三元层状正极材料循环寿命，锂镍混排的变化率数值越大，类岩盐相的厚度变化越小，容量衰减速度越慢，材料循环寿命越长。

进一步地，所述三元层状正极材料为镍钴锰三元层状正极材料Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z＝1；

所述锂镍混排的变化率的计算方法为：先计算出三元层状正极材料Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂的X射线衍射图中(003)峰高/(104)峰高的比值I₍₀₀₃₎/I₍₁₀₄₎，以循环周数为横轴，以相对应的I₍₀₀₃₎/I₍₁₀₄₎作为纵轴作图，对所得坐标点进行线性拟合，其斜率为锂镍混排的变化率。

进一步地，所述负极为锂金属、天然石墨、人造石墨、石墨烯、中间相炭微球、无定型碳、软碳、硬碳、氧化亚硅、硅、钛酸锂中的一种或两种以上。