本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體涉及一種鋰離子電池力學(xué)性能原位評估方法。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池作為能源利用和改造的關(guān)鍵組成部分，在航天裝備等領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色，其性能直接關(guān)系到任務(wù)的成敗。隨著應(yīng)用需求的不斷提升，對電池的比能量提出了更高的要求。提高電池比能量的有效手段是采用高比容量電極材料。

2、目前，以高鎳三元材料(鎳含量高于80％)為正極、硅基復(fù)合材料為負極的儲能電池體系因其顯著的高比能量特性，成為高比能量電池技術(shù)的發(fā)展方向。然而，高比容量電極材料固有的大化學(xué)應(yīng)變使得高比能量電池面臨突出的結(jié)構(gòu)力學(xué)失效難題，影響電池性能。具體來說，正極材料在充電狀態(tài)下發(fā)生h2-h3相變，晶格產(chǎn)生顯著的各向異性收縮或膨脹，引起材料內(nèi)部的應(yīng)力累積，最終導(dǎo)致材料內(nèi)部出現(xiàn)大量微裂紋，暴露材料的內(nèi)部表面，為電解質(zhì)滲透和降解提供通道，從而劣化電池性能。另一方面，負極材料在充放電過程中會發(fā)生顯著的體積膨脹和收縮，使其產(chǎn)生裂紋直至粉化，破壞電極材料與集流體的接觸性，引起電池容量的快速衰減。

3、現(xiàn)有的評估方法往往無法實時監(jiān)測電池在實際工作狀態(tài)下的力學(xué)性能變化，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確預(yù)測和控制電池性能的衰退。因此，亟需對高比能量電池的力學(xué)性能進行原位評估，以指導(dǎo)高比能量電池的設(shè)計，并支撐高比能量電池服役性能控制策略的制定。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池力學(xué)性能原位評估方法，通過同步檢測不同循環(huán)次數(shù)下正極和負極的電化學(xué)電容值來獲得正極和負極的比表面積值，得到全電池的比表面積值和變化值，根據(jù)全電池的比表面積變化值的演變趨勢快速評估鋰離子電池的力學(xué)性能。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池力學(xué)性能原位評估方法，該方法包含：

3、步驟1，取若干第一鋰離子電池，對若干所述第一鋰離子電池進行阻抗測試，對應(yīng)得到若干第一電化學(xué)電容值；

4、步驟2，對若干所述第一鋰離子電池均進行不同次數(shù)的充放電循環(huán)試驗，并在完成多次循環(huán)試驗后再完全放電，得到按照一定循環(huán)次數(shù)間隔的具有不同循環(huán)次數(shù)的若干第二鋰離子電池；

5、步驟3，對若干所述第二鋰離子電池進行阻抗測試，對應(yīng)得到若干第二電化學(xué)電容值；

6、步驟4，根據(jù)所述若干第一電化學(xué)電容值和第二電化學(xué)電容值，計算得到若干第一比表面積值和第二比表面積值，根據(jù)若干第二比表面積值和第一比表面積值的差值的演變趨勢來評估鋰離子電池的力學(xué)性能。

7、可選地，在所述步驟1之前，還包含：建立正極電化學(xué)電容與正極比表面積的關(guān)系式；建立負極電化學(xué)電容與負極比表面積的關(guān)系式。

8、可選地，所述阻抗測試為同步檢測特征阻抗頻率下正極和負極的虛部值，計算得到若干正極第一電化學(xué)電容值、正極第二電化學(xué)電容值、負極第一電化學(xué)電容值、負極第二電化學(xué)電容值。

9、可選地，根據(jù)若干正極第一電化學(xué)電容值、正極第二電化學(xué)電容值和正極電化學(xué)電容與正極比表面積的關(guān)系式，計算得到若干正極第一比表面積值和正極第二比表面積值；根據(jù)若干負極第一電化學(xué)電容值、負極第二電化學(xué)電容值和負極電化學(xué)電容與負極比表面積的關(guān)系式，計算得到若干負極第一比表面積值和負極第二比表面積值。

10、可選地，所述步驟4中，所述第一比表面積值為所述正極第一比表面積值和負極第一比表面積值之和；所述第二比表面積值為所述正極第二比表面積值和負極第二比表面積值之和。

11、可選地，所述步驟1中，若干所述第一鋰離子電池內(nèi)部均具有參比電極；所述參比電極通過隔膜與所述第一鋰離子電池的正極和負極隔離，所述參比電極通過極耳與第一鋰離子電池外部電路相連。

12、可選地，所述步驟1中，若干所述第一鋰離子電池的正極為鎳鈷錳酸鋰及其衍生物、鎳鈷鋁酸鋰及其衍生物中的任意一種。

13、可選地，所述步驟1中，若干所述第一鋰離子電池的負極包含硅基材料及其衍生物、石墨材料及其衍生物中的至少一種。

14、可選地，所述步驟2中，所述循環(huán)次數(shù)間隔為20次～200次。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案至少具有以下有益效果：

16、1)構(gòu)建具有參比電極的鋰離子電池，建立電化學(xué)電容與比表面積的關(guān)系，通過同步檢測不同循環(huán)次數(shù)下正極和負極的電化學(xué)電容值來獲得正極和負極的比表面積值，得到全電池的比表面積值和變化值，根據(jù)全電池的比表面積變化值的演變趨勢快速評估鋰離子電池的力學(xué)性能，有助于制定高比能量電池服役性能控制策略。

17、2)進一步地，得到比表面積演變趨勢與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系，利用同時得到的正極和負極的比表面積值，可以分析電池在循環(huán)過程中正極和負極對全電池力學(xué)性能演變的貢獻程度，有利于反向優(yōu)化電池設(shè)計，大幅縮短產(chǎn)品研制周期。

技術(shù)特征：

1.一種鋰離子電池力學(xué)性能原位評估方法，其特征在于，該方法包含：

2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池力學(xué)性能原位評估方法，其特征在于，在所述步驟1之前，還包含：建立正極電化學(xué)電容與正極比表面積的關(guān)系式；

3.如權(quán)利要求2所述的鋰離子電池力學(xué)性能原位評估方法，其特征在于，所述阻抗測試為同步檢測特征阻抗頻率下正極和負極的虛部值，計算得到若干正極第一電化學(xué)電容值、正極第二電化學(xué)電容值、負極第一電化學(xué)電容值、負極第二電化學(xué)電容值。

4.如權(quán)利要求3所述的鋰離子電池力學(xué)性能原位評估方法，其特征在于，根據(jù)若干正極第一電化學(xué)電容值、正極第二電化學(xué)電容值和正極電化學(xué)電容與正極比表面積的關(guān)系式，計算得到若干正極第一比表面積值和正極第二比表面積值；根據(jù)若干負極第一電化學(xué)電容值、負極第二電化學(xué)電容值和負極電化學(xué)電容與負極比表面積的關(guān)系式，計算得到若干負極第一比表面積值和負極第二比表面積值。

5.如權(quán)利要求4所述的鋰離子電池力學(xué)性能原位評估方法，其特征在于，所述步驟4中，所述第一比表面積值為所述正極第一比表面積值和負極第一比表面積值之和；所述第二比表面積值為所述正極第二比表面積值和負極第二比表面積值之和。

6.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池力學(xué)性能原位評估方法，其特征在于，所述步驟1中，若干所述第一鋰離子電池內(nèi)部均具有參比電極；所述參比電極通過隔膜與所述第一鋰離子電池的正極和負極隔離，所述參比電極通過極耳與第一鋰離子電池外部電路相連。

7.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池力學(xué)性能原位評估方法，其特征在于，所述步驟1中，若干所述第一鋰離子電池的正極為鎳鈷錳酸鋰及其衍生物、鎳鈷鋁酸鋰及其衍生物中的任意一種。

8.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池力學(xué)性能原位評估方法，其特征在于，所述步驟1中，若干所述第一鋰離子電池的負極包含硅基材料及其衍生物、石墨材料及其衍生物中的至少一種。

9.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池力學(xué)性能原位評估方法，其特征在于，所述步驟2中，所述循環(huán)次數(shù)間隔為20次～200次。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鋰離子電池力學(xué)性能原位評估方法，包含：步驟1，取若干第一鋰離子電池，對若干第一鋰離子電池進行阻抗測試，對應(yīng)得到若干第一電化學(xué)電容值；步驟2，對若干第一鋰離子電池均進行不同次數(shù)的充放電循環(huán)試驗，并在完成多次循環(huán)試驗后再完全放電，得到按照一定循環(huán)次數(shù)間隔的具有不同循環(huán)次數(shù)的若干第二鋰離子電池；步驟3，對若干第二鋰離子電池進行阻抗測試，對應(yīng)得到若干第二電化學(xué)電容值；步驟4，根據(jù)若干第一和第二電化學(xué)電容值，計算得到若干第一和第二比表面積值，根據(jù)若干第二和第一比表面積值的差值的演變趨勢評估電池的力學(xué)性能。采用上述方法快速評估電池力學(xué)性能，且有利于反向優(yōu)化電池設(shè)計，縮短產(chǎn)品研制周期。

技術(shù)研發(fā)人員：羅英,解晶瑩,晏莉琴,王啟宇,杜英杰
受保護的技術(shù)使用者：上海空間電源研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28