一种锂电池三元正极极片中活性材料粒度分布测试方法与流程

1.本发明涉及锂电池三元正极极片中活性材料粒度分布的测试方法，具体而言，涉及一种利用湿法激光粒度仪检测研究锂电池三元正极极片中活性材料的粒度分布。


背景技术：

2.三元材料重要的质量指标之一是粒度分布，粒度分布会影响三元材料的比表面积、振实密度、压实密度、加工性能及电化学性能等。由于三元正极粉末制作成正极极片过程中会加入导电剂、粘结剂，并且要经过混料、涂覆、干燥、辊压等流程，以及电池在循环过程中材料颗粒内部产生较大的应力，进而导致颗粒的粉化和破碎。所以检测锂离子电池三元材料正极极片中活性材料的粒径分布对于电池的失效分析具有重要意义。
3.三元粉体材料的粒度分布的测试方法已经比较成熟，但是在极片制作过程中，三元活性物质材料、导电剂和粘结剂及溶剂共混涂覆在集流体上，再经过烘烤以及挤压等后，形成了振实的膜状结构，让检测极片中材料的粒径分布情况变得困难，同时极片中粘结剂的存在加剧了颗粒间的团聚从而加大了检测的难度。因而采用方法分离出极片刮料中活性物质并且测试粒度分布变的至关重要。湿法激光粒度仪采用全量程米氏散射理论，充分考虑到被测颗粒和分散介质的折射率等光学性质，根据大小不同的颗粒在各角度上散射光强的变化反演出颗粒群的粒度分布数据。其测试步骤简单，操作方便，且结果准确，尤其适用于锂电池三元正极极片中活性材料粒度分布等的检测。


技术实现要素：

4.为了能够解决测试三元正极极片中活性材料的粒度分布过程中的导电剂和粘结剂以及烘烤、挤压的影响，本发明提供了一种新的锂电池三元正极极片中活性材料粒度分布测试方法，包括下述步骤：(1)电池拆解，(2)极片清洗，(3)极片刮料，(4)粉末焙烧，(5)湿法激光粒度仪测试，(6)数据处理。
5.其中，步骤(1)电池拆解具体包括：将电池充到一定的目标电压后(如4.2v)静置10-15h，将电池转移到干燥间中，用陶瓷剪刀将电池表皮剪开，剪下极耳，将正负极极片分别取下；将正极极片放入铝塑膜中封好备用。步骤(2)极片清洗具体包括：将拆解完的极片放入碳酸二甲酯中浸泡6-8h，将清洗浸泡后的极片放入鼓风干燥箱中，80-100℃烘干3-5h。步骤(3)极片刮料具体包括：将清洗干燥后的极片用陶瓷刀刮取粉末放入洁净干燥的坩埚中备用。步骤(4)粉末焙烧具体包括：将装好样品的坩埚放入马弗炉中，从室温升高到500-600℃，在此温度下保温2-3小时，自然冷却到室温后放在干燥器中备用。步骤(5)湿法激光粒度仪测试具体包括：取(少量)焙烧后的粉末样品放入烧杯中，在烧杯中加入水，用滴管搅拌进行预分散；将分散后的样品加入到进样器中，使遮光率在8％-10％左右(粉末样品的量以满足后续的遮光度要求为准)，设置好折射率和吸收率等参数，分散剂选用水，打开搅拌和内置超声，开始测试。步骤(6)数据处理具体包括：测试结束后，取最后3组样品的平均值作为最后的结果。
6.具体的，本发明提供了一种新的锂电池三元正极极片中活性材料粒度分布测试方法。其包括如下步骤：
7.(1)电池拆解：将电池充到4.2v后静置12h，将电池转移到干燥间中，用陶瓷剪刀将电池表皮剪开，剪下极耳，将正负极极片分别取下；将正极极片放入铝塑膜中封好备用；在拆解过程中不能使正负极接触，防止电池短路。
8.(2)极片清洗：将拆解完的极片放入碳酸二甲酯中浸泡6-8h，将清洗浸泡后的极片放入鼓风干燥箱中，80-100℃烘干3-5h。用此方法可将极片表面残留的电解液及锂盐洗净。
9.(3)极片刮料：将清洗干燥后的极片用陶瓷刀刮取粉末(不能刮到箔材)放入洁净干燥的坩埚中备用。
10.(4)粉末焙烧：将装好样品的坩埚放入马弗炉中，设置程序：从室温升高到500-600℃，在此温度下保温2-3小时，自然冷却到室温后放在干燥器中备用。
11.(5)湿法激光粒度仪测试：取少量焙烧后的粉末样品放入50ml或者100ml的干净烧杯中，在烧杯中加入30ml-50ml的水，用滴管搅拌进行预分散。将分散后的样品加入到进样器中，使遮光率在8％-10％左右，设置好折射率和吸收率等参数，分散剂选用水，打开搅拌和内置超声，开始测试。
12.(6)数据处理：测试结束后，取最后3组样品的平均值作为最后的结果。
13.本发明具有如下的技术效果：
14.a.将拆解完的极片放入碳酸二甲酯中浸泡干燥后，可以除去极片中的电解液和锂盐等杂质，可以使后续的粒度测试结果更加的准确；
15.b.用陶瓷刀刮取粉末可以去除箔材对活性物质粒径分布的影响；同时陶瓷刀比较锋利，可以避免在刮样品过程中将铝箔刮下；
16.c.用马弗炉焙烧样品刮料后，由于导电剂和粘结剂在空气气氛下可以分解除去，但是三元正极活性材料不会发生反应，所以经过焙烧后，刮料中只剩下活性物质；
17.d.本发明测试步骤简单，操作方便，对人员因素依赖性小，不同实验人员操作误差小，且结果准确。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明分析方法的技术方案，下面将对测试方法所涉及的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些具体图示，对于本领域普通技术人员来讲，通过附图信息可以清晰地了解物质的参数特征。
19.图1为本发明实施例公开的一种锂电池三元正极极片中活性材料粒度分布典型测试方法流程图。
具体实施方式
20.为便于理解本发明，现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明，不应视为对本发明的具体限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
21.实施例1
22.一种检测锂电池三元正极极片中活性材料粒度分布测试方法，如图1所示，其包括
如下步骤：
23.(1)电池拆解：将电池充到4.2v后静置12h，将电池转移到干燥间中，用陶瓷剪刀将电池表皮剪开，剪下极耳，将正负极极片分别取下。将正极极片放入铝塑膜中封好备用。在拆解过程中不能使正负极接触，防止电池短路。
24.(2)极片清洗：将拆解完的极片放入碳酸二甲酯中浸泡8h，将清洗浸泡后的极片放入鼓风干燥箱中，100℃烘干4h。用此方法将极片表面残留的电解液及锂盐洗净。
25.(3)极片刮料：将清洗干燥后的极片用陶瓷刀刮取粉末(不能刮到箔材)放入洁净干燥的坩埚中备用。
26.(4)粉末焙烧：将装好样品的坩埚放入马弗炉中，设置程序：从室温升高到600℃，在此温度下保温2小时，自然冷却到室温后放在干燥器中备用。
27.(5)湿法激光粒度仪测试：取少量焙烧后的粉末样品放入100ml的干净烧杯中，在烧杯中加入50ml的水，用滴管搅拌进行预分散。将分散后的样品加入到进样器中，使遮光率在8％-10％左右，设置好折射率和吸收率等参数，分散剂选用水，打开搅拌和内置超声，开始测试。
28.(6)数据处理：测试结束后，取最后3组样品的平均值作为最后的结果。
29.实施例2
30.(1)电池拆解：将电池充到4.2v后静置12h，将电池转移到干燥间中，用陶瓷剪刀将电池表皮剪开，剪下极耳，将正负极极片分别取下。将正极极片放入铝塑膜中封好备用。在拆解过程中不能使正负极接触，防止电池短路。
31.(2)极片清洗：将拆解完的极片放入碳酸二甲酯中浸泡6h，将清洗浸泡后的极片放入鼓风干燥箱中，90℃烘干5h。用此方法将极片表面残留的电解液及锂盐洗净。
32.(3)极片刮料：将清洗干燥后的极片用陶瓷刀刮取粉末(不能刮到箔材)放入洁净干燥的坩埚中备用。
33.(4)粉末焙烧：将装好样品的坩埚放入马弗炉中，设置程序：从室温升高到500℃，在此温度下保温3小时，自然冷却到室温后放在干燥器中备用。
34.(5)湿法激光粒度仪测试：取少量焙烧后的粉末样品放入100ml的干净烧杯中，在烧杯中加入30ml的水，用滴管搅拌进行预分散。将分散后的样品加入到进样器中，使遮光率在8％-10％左右，设置好折射率和吸收率等参数，分散剂选用水，打开搅拌和内置超声，开始测试。
35.(6)数据处理：测试结束后，取最后3组样品的平均值作为最后的结果。
36.对比例1
37.(1)电池拆解：将电池充到4.2v后静置12h，将电池转移到干燥间中，用陶瓷剪刀将电池表皮剪开，剪下极耳，将正负极极片分别取下。将正极极片放入铝塑膜中封好备用。在拆解过程中不能使正负极接触，防止电池短路。
38.(2)极片清洗：将拆解完的极片放入碳酸二甲酯中浸泡6h，将清洗浸泡后的极片放入鼓风干燥箱中，90℃烘干5h。用此方法将极片表面残留的电解液及锂盐洗净。
39.(3)极片刮料：将清洗干燥后的极片用陶瓷刀刮取粉末(不能刮到箔材)放入密封袋中备用。
40.(4)湿法激光粒度仪测试：取粉末样品放入100ml的干净烧杯中，在烧杯中加入
50ml的水，用滴管搅拌进行预分散。将分散后的样品加入到进样器中，使遮光率在8％-10％左右，设置好折射率和吸收率等参数，分散剂选用水，打开搅拌和内置超声，开始测试。
41.(5)数据处理：测试结束后，取最后3组样品的平均值作为最后的结果。
42.表1为上述实施例和对比例得到的测试结果。
43.表1实施例和对比例的测试结果
44.实验编号测试结果d
50
(μm)实施例14.35实施例22.80对比例111.4
45.由上述结果明显可以看出，对比例1由于缺少粉末焙烧处理步骤，因此无法去除极片中导电剂和粘结剂的影响，使得其测试结果误差较大；而本发明对应方案通过马弗炉焙烧后去除了极片中的导电剂和粘结剂，使得测试误差小，测试结果更加准确。
46.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。