半电池以及锂离子电池正极材料高温产气性能的测试方法与流程

本发明涉及电池领域，特别是涉及到一种半电池以及锂离子电池正极材料高温产气性能的测试方法。

背景技术：

新能源汽车是国家重点扶植的战略产业，锂离子电池作为其动力的核心来源，面临着能量密度不断提升的市场需求。三元材料相比于lfp具有较高的能量密度，相比于licoo2成本更低，目前作为新能源汽车电芯中重点发展的正极主材。

三元材料为一种层状结构的过渡金属氧化物，随着充电过程中晶格脱嵌锂，正极材料过渡金属甚至与界面氧会发生氧化。高氧化态的元素同电解液相互作用，发生氧化还原反应，产生气体。

电芯高温存储界面中产生气体，影响电极界面接触，增大电芯阻抗。另一方面，产气的积累导致电芯内部压力增大，影响电芯安全和寿命。

因此，正极材料的产气特性对于电池正极的选材起着关键性的参考作用，而针对正极材料产气特性，传统的测试方法为制作软包全电池。通过测试高温软包电芯体积膨胀，评估不同正极材料产气的特性。现有技术的评估方法至少存在以下缺陷：

1)制作软包全电池时间周期较长，工序较复杂，如：冷压、分条、裁切、卷绕、极耳焊接等，耗费时间与制作成本；

2)由于软包全电池是一个封闭的体系，随着气体不断产生，软包电池的体积膨胀，通过观察软包电池膨胀的大小来评估正极材料产气性能的方式，对于产气性能相近的正极材料，评估结果不理想，误差较大。

技术实现要素：

本发明的主要目的为提供一种半电池以及锂离子电池正极材料高温产气性能的测试方法，旨在解决软包全电池制作工序复杂，评估正极材料产气性能误差大的问题。

鉴于此，本发明提出一种半电池，包括：电池壳体、滑动部件、以及隔离膜，电池壳体开设有一通孔，滑动部件套设于所述通孔中，且与通孔滑动连接；电池壳体和滑动部件围合成一密闭的腔体，腔体用于安装正极极片和锂金属负极极片；电池壳体还包括用于与正极极片连接的第一导电连接件，以及用于与锂金属负极极片连接的第二导电连接件；隔离膜设置于腔体内，用于将正极极片和锂金属负极极片进行隔离。

进一步的，电池壳体包括正极壳体和负极壳体，正极壳体与第一导电连接件相互连接，负极壳体与第二导电连接件相互连接。

进一步的，电池壳体还包括绝缘密封圈，正极壳体和负极壳体通过绝缘密封圈进行可拆卸连接。

进一步的，正极壳体和负极壳体为金属钢材。

进一步的，半电池还包括弹性组件，弹性组件设置在腔体中，弹性组件一端用于抵顶正极极片，另一端用于抵顶隔离膜。

本发明还提供一种锂离子电池正极材料高温产气性能的测试方法，应用上述半电池，该方法的技术方案包括：

将正极极片装入腔体中，且与第一导电连接件相互连接；

将锂金属负极极片装入腔体中，且与第二导电连接件相互连接；

将电解液注入腔体内，其中，电解液没过正极极片；

对半电池进行充电，使半电池的电压达到设定电压；

将充电后的半电池放在特定温度下存储，静置到设定时间；

通过测试装置获取滑动部件的滑动距离；

根据滑动距离获取正极极片的产气性能。

进一步的，特定温度为60-85℃。

进一步的，设定时间为9-10天。

进一步的，设定电压为3.60-4.45v。

进一步的，测量装置为测角仪，且设置在电池壳体的一侧。

本发明上述半电池以及锂离子电池正极材料高温产气性能的测试方法，通过测量滑动部件的滑动距离能够快速测试正极材料的产气性能，缩短了测试周期，且减少测试误差，相比于传统的软包全电池测试，省略了软包全电池制样的时间，较大程度上缩短了测试周期，减少制作的成本。

附图说明

图1是本发明半电池一实施例的结构示意图；

图2是本发明半电池另一实施例的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，示出本发明半电池一实施例的结构示意图，如图1所示，本实施例的半电池包括：电池壳体1、滑动部件2、以及隔离膜3，电池壳体1开设有一通孔，滑动部件2套设于通孔中，且与通孔滑动连接；电池壳体1和滑动部件2围合成一密闭的腔体，腔体用于安装正极极片和锂金属负极极片；电池壳体1还包括用于与正极极片连接的第一导电连接件4，以及用于与锂金属负极极片连接的第二导电连接件5；隔离膜3设置于腔体内，用于将正极极片和锂金属负极极片进行隔离。

本申请实施例通过在腔体上设置可以自由滑动的滑动部件2，当电池壳体1内的正极极片因为氧化还原反应产生气体时，由于电池壳体1和滑动部件2构成密闭的腔体，气体的压强均匀作用在腔体各个部位，因此，当气体不断产生时，腔体内的压强不断增大，气体作用于滑动部件2的压力也不断增加，从而可以使得滑块向外滑动，当电极极片反应完全之后，滑块则停止滑动，根据滑动部件2初始时刻到停止滑动时刻所滑动的距离的差值，可以了解正极极片产气的性能。例如，在同等反应条件下，所谓的同等反应条件为，反应物的质量相等、反应温度相等其它外界条件相同，以不同材料制作的正极极片进行测试，在充分反应之后，若滑动部件2的滑动距离差值越大，则表示该正极材料的产气性能越强。

在上述结构中，滑动部件2可以选择密度较小的材料来制作，保证滑动部件2滑动的灵敏性，例如铝制的金属材料或者塑料材质，也可以由上述两者材料进行结合的组合材料，以及根据实际情况选择其他合适的材料来制作滑动部件2，本申请对此不做限制。另外上述结构中第一导电连接件4和第二导电连接件5的作用是为了导通外部电源对安装于电池壳体1内的正极极片进行充电，激活正极极片中的金属材料。

本实施例的半电池结构简单，组装方便，应用于测试正极极片的产气性能，且通过滑动部件2的滑动距离灵敏地分析腔体内的正极极片的产气性能，分析方式快速便捷，灵敏度高，减少了测试的误差，且相对现有通过软包全电池测试正极材料产气性能的方法，本发明半电池能省略全电池卷绕、注液、化成等工序，从而节省电芯制作的时间与成本。

参照图2，示出了本发明半电池另一实施例的结构示意图，图2所示的半电池在图1的半电池的基础上，电池壳体1包括正极壳体11和负极壳体12，正极壳体11与第一导电连接件4相互连接，负极壳体12与第二导电连接件5相互连接。将壳体划分为正极壳体11和负极壳体12能够方便壳体的组装和拆卸，进一步提高半电池测试正极极片的速度。

可选的，电池壳体1还包括绝缘密封圈6，正极壳体11和负极壳体12通过绝缘密封圈6进行可拆卸连接。本实施例中密封绝缘胶圈设置在正极壳体11和负极壳体12之间，保证壳体的密封性，同时能够保证正极壳体11和负极壳体12的绝缘可拆卸连接。

可选的，在正极壳体11和负极壳体12绝缘连接的基础上，选用金属钢材作为正极壳体11和负极壳体12，一方面能够保证壳体的承压能力，不易形变，且不易损坏，并且由于选用金属作为正极壳体11和负极壳体12，由于金属的导电性，因此，可以省略第一导电连接件4和第二导电连接件5，直接用壳体充当导电连接件，进一步简化了半电池的结构。当然，除了金属钢材之外，用户可以根据实际情况选择其他硬质的金属合金作为正极壳体11和负极壳体12，本申请不做限制。

可选的，本实施例的半电池还包括弹性组件，弹性组件设置在腔体1中，弹性组件一端用于抵顶正极极片，另一端用于抵顶隔离膜3，其中，弹性组件具有良好的电子绝缘性。绝缘的弹性组件两端分别用于抵顶正极极片和隔离膜3，当正极极片装入半电池后，弹性组件处于压缩状态，能够固定正极极片，且保证正极极片与第一导电连接件4的有效接触。

可选的，所述通孔开设的位置在正极壳体11的几何中心处。通孔设置在中心处能够使得半电池更加美观。

本发明实施例还提供一种锂离子电池正极材料高温产气性能的测试方法，应用权利要求1半电池，该方法包括：

s1、将正极极片装入腔体中，且与第一导电连接件4相互连接；

s2、将锂金属负极极片装入腔体中，且与第二导电连接件5相互连接；

s3、将电解液注入腔体内，其中，电解液没过正极极片；

s4、对半电池进行充电，使半电池的电压达到设定电压；

s5、将充电后的半电池放在特定温度下存储，静置到设定时间；

s6、通过测试装置获取滑动部件2的滑动距离；

s7、根据滑动距离获取正极极片的产气性能。

上述s1中，锂离子电池作为其动力的核心来源，面临着能量密度不断提升的市场需求，三元材料相比于lfp具有较高的能量密度，相比于licoo2成本更低，目前作为新能源汽车电芯中重点发展的正极主材。因此，用户进行正极材料产气性能测试时，可以选择使用市面普遍流通的三极材料作为正极极片进行测试，现在较为普遍的三级材料型号有：ncm523、ncm811、ncm622、ncm111，其中型号的不同代表三极材料中不同金属(ni、co、mn)质量分数的不同。当然用户也可以根据研发需求，调整三种金属的质量分数，生产出多种不同的三极极片，进行测试。

上述s2中，锂离子电池的负极材料是锂离子电池的重要组成部分，负极材料的组成和结构对锂离子电池的电化学性能具有决定性的影响。实际应用中，锂离子电池的负极材料选用为碳基材料、硅基材料、锡基材料、锗基材料，用于储存锂原子，其原理均是和锂形成锂合金。

上述s3中，锂电池电解液是电池中离子传输的载体。一般由锂盐和有机溶剂组成。电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的。

上述s4中，在半电池中冲入电解液后，已经具备了反应的物质基础，三元材料为一种层状结构的过渡金属氧化物，随着充电过程中晶格脱嵌锂，正极材料过渡金属处于高氧化态，高氧化态的元素同电解液相互作用，发生氧化还原反应，产生气体。

在本步骤中，设定电压为3.60-4.45v，针对三元材料优选为4.0v，在较高电压情况下能够保证过度金属晶格脱嵌锂充足。

上述s5中，将充电后的半电池放在特定温度下存储、静置到设定时间，待反应完全。

本步骤中，特定温度为60-85度，优选为78度，能够加快化学反应的进行。

本步骤中，设定时间为9-10天，优选为9.5天，确保高氧化态的元素与电解液完全反应。

上述s6、s7中，反应过程中产生的气体能够推动滑块进行滑动，测试装置用于测试滑块滑动的距离，用户能够根据滑块的滑动距离了解正极极片的产气性能，

在s6中，测量装置为测角仪，且设置在电池壳体1的一侧，气体的体积的变化快速转换到滑块的滑动距离上，进而转换到测角仪角度的变化，角度值越大，说明产气量越大，则正极极片的产气性能就越强。

本发明利用上述半电池对锂离子电池正极材料高温产气性能的测试方法，通过滑动部件2的滑动距离灵敏地分析腔体内的正极极片的产气性能，分析方式快速便捷，灵敏度高，减少了测试的误差，且相对现有通过软包全电池测试正极材料产气性能的方法，本发明半电池能省略全电池卷绕、注液、化成等工序，从而节省电芯制作的时间与成本。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。