專利名稱：碳負極材料電化學性能快速測試工藝的制作方法
碳負極材料電化學性能快速測試工藝
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳負極材料的電化學性能測試方法，特別是涉及一種可簡便、快速、準確測試的碳負極材料電化學性能快速測試工藝。
背景技術(shù)：
碳負極材料具有典型的層狀結(jié)構(gòu)特征，在石墨層面內(nèi)，碳原子呈環(huán)狀六角形排列并向二維方向延伸，在同一層面間的每個碳原子與其相鄰的三個碳原子，以Sp2雜化的強O鍵結(jié)構(gòu)形式存在，結(jié)構(gòu)非常的穩(wěn)定；在石墨層與層之間，碳-碳之間僅以弱的范德華力(Vander Waals)結(jié)合,層面間距大約為0. 34nm。由 于石墨層之間的結(jié)合力薄弱，且空間較大，容易插入其他金屬或非金屬分子、原子、離子或離子團，形成石墨層間化合物。因此，碳負極材料被廣泛地用作鋰離子電池負極活性物質(zhì)。研究表明，作為鋰離子電池負極活性物質(zhì)的碳負極材料的電化學性能的好壞，直接關(guān)系到電池的設(shè)計、容量、壽命、充放電特性等。對碳負極材料的生產(chǎn)廠家來說，準確測試和了解用作電池材料的碳負極材料的電化學性能，對材料的開發(fā)、生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制都是非常重要的。再者，對鋰離子電池生產(chǎn)廠家來說，引入一款新的電池活性材料，需要對其基本的電化學性能進行測定，才能更好的指導下一步的應(yīng)用，所以具有同樣重要的意義。另一方面，由碳負極材料制備的半電池(紐扣電池)主要表征材料的首次充放電克比容量和首次充放電效率，相對全電池可縮短測試周期、節(jié)約評估成本，為應(yīng)用于全電池負極提供可靠的參考依據(jù)。半電池以被測試的碳負極材料作正極活性物質(zhì)，以金屬鋰片作負極活性物質(zhì)，通過測定半電池的首次充放電容量和首次效率，可測定被測試的碳負極材料的電化學性能。碳負極材料半電池一般的測試工藝為0. 05C放電，0.1C充電，測試時間約需要34小時，這種測試工藝相對材料廠家和鋰離子電池廠家來說，周期較長，且成本高，常常很難滿足來料檢驗需求。同時，以碳負極材料為正極的半電池，從組裝的角度來說，相對其他材料要難很多，成功率降低了 50%。因為鋰離子往碳負極材料嵌入時，過量的鋰離子會在碳負極材料表面析出；當過量越多時，析出的鋰越多，就會慢慢生長成鋰枝晶，容易刺穿隔膜導致短路。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在解決上述問題，而提供一種可簡便、快速、準確的測試碳負極材料電化學性能，同時可有效降低碳負極材料電化學性能的測試成本碳負極材料電化學性能快速測
試工藝。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種碳負極材料電化學性能快速測試工藝，該工藝包括如下步驟a、將待測碳負極材料與導電劑、粘結(jié)劑和增稠劑制成的電極片敷料按0.6 1.Og/dm2，優(yōu)選0. 8g/dm2的面密度均勻涂布在銅箔上，烘干后形成電極片。
b、將電極片按1.1 1. 5g/cm3,優(yōu)選1. 35 g/cm3的壓實密度進行棍壓并裁切成半電池所需的電極片，在氮氣或氬氣保護下，以70 90°C的溫度烘烤8 12小時；壓實密度偏小，顆粒間的接觸不好，電子的移動距離增大，致導電性就不好，內(nèi)阻增大，隨之極化容量損失增大。壓實密度偏大，會使電解液較難浸潤，而且會使極片變形甚至斷裂，影響容量發(fā)揮。所以，不管壓實密度偏大或偏小，都不利于鋰離子的脫嵌。而本發(fā)明選用合適的壓實密度區(qū)間，極片平整不變形、完好不掉粉。C、將半電池組件按正極殼、電極片、隔膜、鋰片、墊片、負極蓋的順序組裝，在70 85MPa，優(yōu)選80MPa的壓力下封口，形成半電池；如封口壓力偏小，會使極片、隔膜和鋰片等組件接觸不緊密，鋰離子移動距離增大，內(nèi)阻增加，隨之極化容量損失增大；再者可能導致封口未完全封好，出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。如封口壓力偏大，極片、隔膜和鋰片等組件接觸過緊密，20 y m的隔膜易被刺穿，直接導致電池短 路。上述步驟a中的面密度和封口壓力，可保證極片、隔膜和鋰片等組件能緊密的接觸。d、通過測試柜對半電池進行測試，正常組按0. 05C放電至0. 005V,0.1C充電至
2.OV的條件，測試一次或循環(huán)測試多次；實驗組按0. 05C放電至0. 005V,0. 2C充電至2. OV的條件，測試一次或循環(huán)測試多次，根據(jù)測試結(jié)果判定碳負極材料的首次充放電克比容量和首次充放電效率是否符合要求。該步驟利用了倍率放電的特性，鋰在天然石墨材料中的擴散系數(shù)為1.9X 10_ncm2/s,鋰在人造石墨材料中的擴散系數(shù)為1. 24X 10_9cm2/s,與無定形碳如鹿糖熱解炭及樹脂熱解炭比較，鋰在人造石墨的擴散要容易得多。該步驟中，充放電制式是0. 05C放電至0. 005V,0. 2C充電至2. 0V,而一般的充放電制式是0. 05C放電至0. 005V,0.1C充電至2. 0V。可見，雖放電倍率是一樣的，保證了碳負極材料表面能形成穩(wěn)定的SEI膜，但充電倍率比0.1C增大了 I倍，從而實現(xiàn)了準確且有效測量碳負極材料電化學性能，縮短測試周期的目的。步驟a中，所述碳負極材料為石墨或石墨化碳材料。所述石墨為天然石墨、人造石墨或復(fù)合石墨。步驟a中，所述電極片敷料是由天然石墨、導電劑、粘結(jié)劑、增稠劑、水按94. 7 95. 2:1. 5 1. 8:1. 0 1. 5:1. 8 2. 5:130重量比混合而形成。步驟a中，所述銅箔為雙光電解銅箔，其厚度為9 IOii m。步驟a中，烘干后的電極片的厚度為70 100 iim。步驟c中，半電池的組裝在手套箱中進行，手套箱內(nèi)的氧含量< lOppm，水含量
^ IOppmo步驟d中，測試柜對半電池的測試循環(huán)測試兩次。本發(fā)明的貢獻在于，其有效解決了傳統(tǒng)碳負極材料的電化學性能測試工藝測試周期較長，成本高等問題。本發(fā)明通過對電極片敷料的面密度及壓實密度及半電池測試時的充放電制式的有效控制，大大縮短了測試周期，節(jié)省了測試成本。且測試結(jié)果與一般的測試工藝的結(jié)果一致，測試時間僅約為29小時。通過對壓實密度的控制，可使對輥后的極片不會因變形而影響組裝，同時又能使活性物質(zhì)能緊密接觸，保證了電子能順暢移動。通過對面密度和封口壓力的控制，可使半電池各組件能更有效的接觸，但又不會發(fā)生物理形變致使短路。因此，本發(fā)明的碳負極材料電化學性能測試工藝具有簡便、快速、準確等特點。本發(fā)明的測試工藝適用于碳負極材料生產(chǎn)廠家進行來料檢驗，新產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)品質(zhì)控制，也適用于鋰離子電池廠對石墨或石墨化碳材料進行來料檢驗、工藝設(shè)計調(diào)整和品質(zhì)控制。

圖1是本發(fā)明的工藝中碳負極材料為天然石墨的充放電曲線圖。圖2是本發(fā)明的工藝中碳負極材料為人造石墨的充放電曲線圖。圖3是本發(fā)明的工藝中碳負極材料為復(fù)合石墨的充放電曲線圖。
具體實施方式下列實施例是對本發(fā)明的進一步解釋和說明，對本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。 實施例11、準備待測樣品取200克天然石墨(Natural Graphite)樣品、與導電劑、粘結(jié)劑和增稠劑，按天然石墨導電劑粘結(jié)劑增稠劑水為95. 2:1. 5:1. 5:1. 8:130的重量比用SDF-400攪拌機混合，配制成均勻的漿料(懸浮液)。按0. 6g/dm2的面密度，通過DYG-135型涂布機均勻地涂布在9 ii m的雙光電解銅箔，優(yōu)選壓延銅箔上，烘干后形成約70 ii m厚的極片。將極片按1. 5g/cm3的壓實密度用邢臺輥壓機進行輥壓后，用011.95mm的沖孔器將極片裁切成半電池所需的極片。在氮氣或氬氣保護下，通過真空烤箱在70°C溫度烘烤12小時，除盡極片中的水分后，稱量極片敷料的重量，并根據(jù)配方計算其活性物質(zhì)含量，待組裝。2、組裝將稱量好的極片轉(zhuǎn)入布勞恩手套箱中，注意控制手套箱的氧含量(lOppm，水含量< lOppm。按照正極殼一極片一隔膜一鋰片一墊片一負極蓋的順序組裝好，通過MSK-110液壓封口機在85MPa的壓力下封口，形成半電池。用酒精擦拭半電池表面，并記錄其編號。3、測試將組裝好的半電池上CT2001A測試柜測試，正常組按0. 05C放電至0. 005V，0.1C充電至2. OV的條件設(shè)置，循環(huán)2周。實驗組按0. 05C放電至0. 005V,0. 2C充電至2. OV的條件設(shè)置，循環(huán)2周。測試結(jié)果見表I。表I天然石墨平行實驗結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種碳負極材料電化學性能快速測試工藝，其特征在于，該工藝包括如下步驟 a、將待測碳負極材料與導電劑、粘結(jié)劑和增稠劑制成的電極片敷料按O.6 1. Og/dm2的面密度均勻涂布在銅箔上，烘干后形成電極片； b、將電極片按1.1 1. 5g/cm3的壓實密度進行輥壓并裁切成半電池所需的電極片，在氮氣或氬氣保護下，以70 90°C的溫度烘烤8 12小時； C、將半電池組件按正極殼、電極片、隔膜、鋰片、墊片、負極蓋的順序組裝，在70 85MPa的壓力下封口，形成半電池； d、通過測試柜對半電池進行測試，正常組按O. 05C放電至O. 005V,0.1C充電至2. OV的條件，測試一次或循環(huán)測試多次；實驗組按O. 05C放電至O. 005V,0. 2C充電至2. OV的條件，測試一次或循環(huán)測試多次，根據(jù)測試結(jié)果判定碳負極材料的首次充放電克比容量和首次充放電效率是否符合要求。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟(a)中，所述碳負極材料為石墨或石墨化碳材料。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述石墨為天然石墨、人造石墨或復(fù)合石mO
4.如權(quán)利要求3所述的工藝，其特征在于，步驟(a)中，所述電極片敷料是由天然石墨、導電劑、粘結(jié)劑、增稠劑、水按94. 7 95. 2:1. 5 ~1. 8:1. O 1. 5:1. 8 2. 5:130重量比混合而形成。
5.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟(a)中，所述銅箔為雙光電解銅箔，其厚度為9 10 μ m。
6.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟(a)中，烘干后的電極片的厚度為70 100 μ m。
7.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟(a)中，所述電極片敷料的面密度為O.8g/dm2 ;步驟(b)中，電極片的壓實密度為1. 35g/cm3 ;步驟(c)中，所述封口壓力為80MPa。
8.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟(c)中，半電池的組裝在手套箱中進行，手套箱內(nèi)的氧含量< lOppm，水含量< lOppm。
9.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟(d)中，測試柜對半電池的測試循環(huán)測試兩次。
全文摘要
一種碳負極材料電化學性能快速測試工藝，該工藝包括如下步驟a、將待測碳負極材料與導電劑、粘結(jié)劑和增稠劑制成的電極片敷料按0.6～1.0g/dm2的面密度均勻涂布在銅箔上，烘干后形成電極片；b、將電極片按1.1～1.5 g/cm3的壓實密度進行輥壓并裁切成半電池所需的電極片；c、將半電池組件按正極殼、電極片、隔膜、鋰片、墊片、負極蓋的順序組裝，在70～85MPa的壓力下封口，形成半電池；d、通過測試柜對半電池分正常組和實驗組進行測試，測試一次或循環(huán)測試多次，根據(jù)測試結(jié)果判定碳負極材料的首次充放電克比容量和首次充放電效率是否符合要求。本發(fā)明可簡便、快速、準確的測試碳負極材料電化學性能，同時可有效降低碳負極材料電化學性能的測試成本。
文檔編號G01N27/26GK103018301SQ20121054980
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者葉柏青, 蔣勇明, 匡春芳, 吳澤軼 申請人:深圳市金潤能源材料有限公司