利用XRD判定磷酸铁锂正极片荷电态的方法与流程

利用xrd判定磷酸铁锂正极片荷电态的方法
技术领域
1.本发明属于分离领域，具体涉及一种利用xrd判定磷酸铁锂正极片荷电态的方法。


背景技术：

2.锂离子电池具有比能量高、循环寿命长、工作电压平稳等优点，广泛应用于消费类电子产品、电动工具、智能家居、储能及电动汽车等领域。
3.然而，随着锂离子电池应用范围和规模的不断扩大，锂离子电池发生失效的事件也时有发生。而锂离子电池组成复杂，多种成分均存在易燃性，且在非常多的情况下均可能导致失效，这就给失效后的逆向分析带来了极大困难。
4.在电池失效分析中，失效时的荷电状态是一个非常关键的信息。处于不同的荷电态，则引发失效的机理、分析的方向可能完全不同。但是，失效电池往往发生破损、鼓胀、漏液等，严重的甚至发生爆喷、起火等，无法进行常规的充放电测试。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种利用xrd判定磷酸铁锂正极片荷电态的方法。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种利用xrd判定磷酸铁锂正极片荷电态的方法，采用xrd测试正极片，根据xrd测试结果中特定峰的峰强度比值判断正极片荷电状态。
8.具体包括下述步骤：
9.第一步，选取多个正极为磷酸铁锂材料的电池可按照常规测试流程，测试其放电容量；
10.第二步，依据每支电池的放电容量，分别将第一步的电池处理到0％，10％，20％，30％
……
100％soc；
11.第三步，分别拆解上述电池，取其正极片，刮粉测试xrd数据；
12.第四步，测试不同soc态下磷酸铁锂正极材料的xrd数据，分析其特征峰p1、p2、p3
……
随soc变化规律，并选取特征峰pm和pn，建立其峰强度比值r
pm/pn
和soc的对应关系式soc＝f(r
pm/pn
)；
13.第五步，对待测极片进行xrd测试，根据其特征峰的峰强度比值，代入第一步中的关系式，计算得到极片对应的soc；
14.第四步中所述的特征峰的位置pm和pn为衍射角度2θ为121以及211。
15.第一步中的磷酸铁锂材料的电池为软包电池、圆型电池、或者动力电池中的一种。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17.本发明提供了一种利用xrd判定磷酸铁锂正极片荷电态的方法，该方法设计科学，可针对正常电池，以及损毁的或者无法正常充放电(例如壳体破损、电解液缺失、防爆阀开阀、fuse熔断、翻盖等)的电池进行soc判定，且不需要对极片进行扣电组装及其他的复杂制
样过程，测试方便快捷，准确性高。
附图说明
18.图1为本申请实施例1的极片xrd峰强度比值和soc对应关系的散点图。
具体实施方式
19.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
20.实施例1。以软包聚合物3.0ah磷酸铁锂电池为例，对本发明进一步说明。为了建立xrd峰强度对soc的关系式，具体操作如下：
21.第一步，取十一支量产磷酸铁锂型号的3.0ah单体电芯，以0.2c电流充放电三周，选定最后一圈的容量作为电池真实容量，充放电截止时保持电芯为空电态；需要说明的是，当然，建立本关系式所用到电池样本数量越多，其关系式的准确度越好；但依据本发明的实际应用结果，本发明所采用的电池数量已经足够建立一个较为准确的关系式，应用此关系式推测得到的磷酸铁锂极片的soc已经足够精确；
22.第二步，将上述空电态电芯，以恒电流充电的方式，分别处理到0％，10％，20％，30％
……
100％soc；
23.第三步，将上述处理好soc的十一支电芯，分别拆取正极片，刮粉测试xrd数据；
24.第四步，分析上述xrd数据，甄选具有规律变化的特征峰121以及211，将(121)/(211)峰强度比值和soc建立联系(见图1)，输出关系式如下所示：
25.y＝-30.79ln(x) 29.783
26.其中，x为样品极片峰强度比值，y为对应极片的soc。
27.第五步，另取三支10ah磷酸铁锂电池，以0.2c电流充放电三周，选定最后一圈的容量作为电池真实容量，充放电截止时保持电芯为空电态；
28.第六步，将上述三支电池，分别处理到30％、50％，80％soc，并规定此soc为电池的设定soc；
29.第七步，将第六步处理好的电池进行拆解，取出正极片，刮粉测试其xrd；
30.第八步，将第七步得到的xrd峰强数据，结合第四步的关系式1，计算得到三个样品的soc，并规定此soc为电池的计算soc，结果展示见下表1；
31.表1
[0032][0033]
由表1可见，根据关系式1，结合极片的xrd峰强度数据，可以计算得到其对应的soc，且误差《1％，这个误差范围不会对电池的逆向分析造成影响，属于合理的误差范围。
[0034]
实施例2：某100ah动力电池在安全测试中，发生开阀冒烟，将该电池进行拆解，在
极组的外部、中间以及头部分别取保存较为完整的正极片，刮取极粉样品标号s1、s2、s3，测试其xrd数据。
[0035]
将xrd中的峰强度数据，代入到实施例1中的关系式1中，得到此极片的对应soc见下表2。
[0036]
表2
[0037][0038]
由表2可见，根据关系式1，结合极片的xrd峰强度数据，可以计算得到其对应的soc，且在极片的不同位置取得的三种样品，其计算soc偏差《1％，说明该测试方法的一致性较高。
[0039]
综合以上案例，与现有技术相比较，本发明提供的一种利用xrd判定磷酸铁锂正极片荷电态的方法，具有如下有益效果：
[0040]
1、本发明提供的soc判定技术，不需要对极片进行组装及充放电测试，判定迅速，判定结果准确度高；
[0041]
2、对于因安全或电性能失效的电池，在电芯无法进行充放电的情况下(例如壳体破损、电解液缺失、防爆阀开阀、fuse熔断、翻盖等)，本方法亦可以进行soc判定。
[0042]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种利用xrd判定磷酸铁锂正极片荷电态的方法，其特征在于，采用xrd测试正极片，根据xrd测试结果中特定峰的峰强度比值判断正极片荷电状态。2.根据权利要求1所述的利用xrd判定磷酸铁锂正极片荷电态的方法，其特征在于，具体包括下述步骤：第一步，选取多个正极为磷酸铁锂材料的电池可按照常规测试流程，测试其放电容量；第二步，依据每支电池的放电容量，分别将第一步的电池处理到0％，10％，20％，30％
……
100％soc；第三步，分别拆解上述电池，取其正极片，刮粉测试xrd数据；第四步，测试不同soc态下磷酸铁锂正极材料的xrd数据，分析其特征峰p1、p2、p3
……
随soc变化规律，并选取特征峰p
m
和p
n
，建立其峰强度比值r
pm/pn
和soc的对应关系式soc＝f(r
pm/pn
)；第五步，对待测极片进行xrd测试，根据其特征峰的峰强度比值，代入第一步中的关系式，计算得到极片对应的soc。3.根据权利要求2所述的利用xrd判定磷酸铁锂正极片荷电态的方法，其特征在于，第四步中所述的特征峰的位置p
m
和p
n
为衍射角度2θ为121以及211。4.根据权利要求2所述的利用xrd判定磷酸铁锂正极片荷电态的方法，其特征在于，第一步中的磷酸铁锂材料的电池为软包电池、圆型电池、或者动力电池中的一种。5.根据权利要求2所述的利用xrd判定磷酸铁锂正极片荷电态的方法，其特征在于，第一步中选取的电池的数目大于10。

技术总结
本发明属于分离领域，具体涉及一种利用XRD判定磷酸铁锂正极片荷电态的方法，采用XRD测试正极片，根据XRD测试结果中特定峰的峰强度比值判断正极片荷电状态。该方法设计科学，可针对正常电池，以及损毁的或者无法正常充放电(例如壳体破损、电解液缺失、防爆阀开阀、Fuse熔断、翻盖等)的电池进行SOC判定，且不需要对极片进行扣电组装及其他的复杂制样过程，测试方便快捷，准确性高。准确性高。准确性高。


技术研发人员：刘立振 邓超 岳仍利 周培俊 史金涛 丁美超
受保护的技术使用者：天津力神电池股份有限公司
技术研发日：2022.08.19
技术公布日：2022/11/11