一种电池负极材料抗析锂性能评估方法与流程

本发明涉及锂离子电池，具体涉及一种电池负极材料抗析锂性能评估方法。

背景技术：

1、随着电动汽车和消费电子产品的快速发展，锂离子电池的快速充电能力成为技术竞争的核心。石墨因其成本低、循环稳定性好、比容量高等优点，是目前主流的锂离子电池负极材料。然而，在快速充电（通常指>1c倍率）条件下，石墨负极极易发生析锂现象。析锂不仅会导致活性锂的不可逆损失（造成电池容量衰减），还可能刺穿隔膜，引发内短路甚至热失控，带来严重的安全隐患。因此，开发具有优异快充性能的电池负极材料，是解决快充安全问题的途径之一。

2、目前，评估石墨负极材料抗析锂性能的方法主要包括：（1）扣式半电池测试法：通过观察锂片对电极上锂沉积的难易程度间接推断，但无法准确反映石墨材料本身的析锂行为。（2）全电池长循环对比法：将不同材料制成电池，在快充条件下循环，通过对比容量衰减速率来间接判断抗析锂性能。该方法耗时长（通常需要数百乃至上千圈循环），且容量衰减是多种老化因素（sei增长、电解液分解、材料结构破坏等）共同作用的结果，难以单独分离出析锂的影响。（3）原位光学/电子显微镜观察法：通过可视化窗口直接观察电极表面析锂情况。该方法对电池结构有特殊要求（需开窗），且设备昂贵，难以作为材料开发的常规筛选手段。（4）三电极测试方法：通过在电池内部引入一个稳定的参比电极，实现对负极电位的直接、精确监测，然而在不破坏电池原有结构的前提下，将一根微小的参比电极精准、无损地植入电池内部，本身就是一个技术难题。其次，参比电极的长期稳定性是另一个痛点，植入的参比电极会占据一定空间，可能影响内部离子分布和电极的均匀性，引入新的变量，参比电极的放置位置、材料选择等对测试结果影响巨大，工艺不当会导致数据失效。

3、因此，亟需一种快速、准确、无损、可量化的电池负极材料抗析锂性能评估方法，以指导快充负极材料的研发与筛选，是本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供的电池负极材料抗析锂性能评估方法，在电池负极材料正常的锂离子插层过程中，电荷转移阻抗（rct）随荷电状态（soc，指电池在当前时刻的剩余容量值与满充容量值的百分比）的增加通常呈现缓慢变化。然而，当材料表面或内部极化严重导致锂离子无法及时嵌入，发生金属锂沉积时，沉积的金属锂提供了新的、快速的锂沉积/溶解反应路径。在等效电路中，这个新路径与原有的锂插层路径并联，根据并联电阻原理（总电阻的倒数等于各支路电阻倒数之和），引入新的低值电阻必然导致rct总值出现异常下降。

2、第一方面，本发明提供一种电池负极材料抗析锂性能评估方法，包括如下步骤：

3、通过多个充电倍率对待测电池进行恒流充电；在每个充电倍率下，采集所述待测电池在多个预设soc下的电荷转移阻抗；所述待测电池的负极材料包括石墨；

4、根据多个所述预设soc下的所述电荷转移阻抗绘制预设关系曲线，所述预设关系曲线用于表征各充电倍率下电荷转移阻抗随soc的变化；

5、根据所述预设关系曲线，确定临界析锂倍率；所述临界析锂倍率为所述预设关系曲线中存在soc与电荷转移阻抗呈现负相关的最低充电倍率；

6、获取基准电荷转移阻抗值和目标电荷转移阻抗值；

7、所述目标电荷转移阻抗值为在目标充电倍率下，获取该目标充电倍率下电荷转移阻抗最低值；其中，所述目标充电倍率为不低于所述临界析锂倍率的充电倍率；在所述预设关系曲线中，所述目标电荷转移阻抗值对应的soc为目标soc；

8、所述基准电荷转移阻抗值为在基准充电倍率及目标soc下，对应的电荷转移阻抗值；所述基准充电倍率低于所述临界析锂倍率；

9、根据所述基准电荷转移阻抗值和所述目标电荷转移阻抗值，确定析锂阻抗降幅；所述析锂阻抗降幅为所述目标电荷转移阻抗值相对于所述基准电荷转移阻抗值的下降百分比；

10、根据待测电池的所述临界析锂倍率和所述析锂阻抗降幅，对待测电池负极材料的抗析锂性能进行评估。

11、在一种可选的实施方式中，在所述目标soc下，所述析锂阻抗降幅=（所述基准电荷转移阻抗值-所述目标电荷转移阻抗值）/所述基准电荷转移阻抗值×100%。

12、在一种可选的实施方式中，评估所述临界析锂倍率≥第一预设值倍率，所述析锂阻抗降幅≤第一预设降幅；若是，则确定所述待测电池在所述第一预设值倍率下未发生析锂；若否，则确定所述待测电池在所述第一预设值倍率下发生析锂。

13、在一种可选的实施方式中，评估第二预设值倍率≤所述临界析锂倍率＜第一预设值倍率，第一预设降幅＜所述析锂阻抗降幅≤第二预设降幅；若是，则确定所述待测电池在所述第二预设值倍率和所述第一预设值倍率之间未发生析锂；若否，则确定所述待测电池在所述第二预设值倍率下发生析锂。

14、在一种可选的实施方式中，评估所述临界析锂倍率＜第二预设值倍率，或所述析锂阻抗降幅＞第二预设降幅；若是，则确定所述待测电池在所述第二预设值倍率下发生析锂。

15、在一种可选的实施方式中，所述第一预设值倍率≥4c。

16、在一种可选的实施方式中，所述第二预设值倍率≤3c。

17、在一种可选的实施方式中，所述第一预设降幅≤15%。

18、在一种可选的实施方式中，所述第二预设降幅≤30%。

19、在一种可选的实施方式中，所述预设soc为电池满充容量的10%-100%。

20、在一种可选的实施方式中，相邻所述预设soc之间的间隔为7%-13%。

21、在一种可选的实施方式中，所述充电倍率为0.2c-5c。

22、在一种可选的实施方式中，相邻所述充电倍率之间的间隔为0.2c-1.5c。

23、在一种可选的实施方式中，所述临界析锂倍率为所述预设关系曲线中soc与电荷转移阻抗呈现负相关包括：相邻两个所述预设soc对应的所述电荷转移阻抗降幅大于等于1.5%。

24、在一种可选的实施方式中，所述多个充电倍率对所述待测电池进行恒流充电；在每个充电倍率下，采集所述待测电池在多个预设soc下的电荷转移阻抗；具体包括：

25、以充电倍率ci对所述待测电池进行恒流充电，直至达到预设的第一个soci后停止充电；第一静置；

26、采集所述待测电池在所述第一个soci下的电荷转移阻抗rct(soci)；

27、以充电倍率ci继续对所述待测电池进行恒流充电，直至达到下一个socj后停止充电，重复所述静置和采集步骤，直至采集完所有预设soc下的电荷转移阻抗数据；

28、放电至放电截止电压，第二静置，再以充电倍率ci+1进行测试。

29、在一种可选的实施方式中，所述第一静置时间为20min-40min。

30、在一种可选的实施方式中，所述放电的倍率为0.1c-0.3c。

31、在一种可选的实施方式中，所述放电的截止电压为1.9v-2.1v。

32、在一种可选的实施方式中，所述第二静置时间为50min-70min。

33、在一种可选的实施方式中，所述待测电池的测试温度为23℃-27℃。

34、在一种可选的实施方式中，在对所述待测电池进行恒流充电前，还包括对所述待测电池依次进行化成和分容步骤。

35、在一种可选的实施方式中，所述化成步骤包括：将所述待测电池第三静置后，以第一电流倍率恒流充电至正极活性材料的第一充电截止电压，再以所述充电截止电压恒压充电至第二电流倍率。

36、在一种可选的实施方式中，所述化成步骤的温度为43℃-47℃。

37、在一种可选的实施方式中，所述第三静置的时间为10h-14h。

38、在一种可选的实施方式中，所述第一电流倍率为0.05c-0.15c。

39、在一种可选的实施方式中，所述第一充电截止电压为3.65v-3.75v。

40、在一种可选的实施方式中，所述第二电流倍率为0.05c-0.1c。

41、在一种可选的实施方式中，所述分容步骤包括：将所述待测电池第四静置后，以第三电流倍率恒流放电至第一电压，再以第四电流倍率恒流充电至第二充电截止电压，重复2-4次。

42、在一种可选的实施方式中，所述分容步骤的温度为23℃-27℃。

43、在一种可选的实施方式中，所述第四静置的时间为0.5h-1.5h。

44、在一种可选的实施方式中，所述第三电流倍率为0.3c-0.35c。

45、在一种可选的实施方式中，所述第一电压为1.9v-2.1v。

46、在一种可选的实施方式中，所述第四电流倍率为0.3c-0.35c。

47、在一种可选的实施方式中，所述第二充电截止电压为3.65v-3.75v。

48、本发明技术方案，具有如下优点：

49、1.本发明提供的电池负极材料抗析锂性能评估方法，在梯度倍率充电过程中监测电池的电荷转移阻抗（rct），将rct开始下降的临界倍率和析锂阻抗降幅（δrct）作为评价电池负极材料抗析锂性能的关键指标，精准捕捉析锂发生时rct的异常降低信号，实现对材料抗析锂能力的快速、准确评估，特异性强，直接针对析锂这一特定副反应进行检测，能够精准区分材料抗析锂性能的优劣；且无需进行数百圈的长循环测试，仅需一轮梯度倍率充电（通常可在1-2天内完成），即可对材料的抗析锂性能做出量化评估，极大缩短了材料筛选周期。