一种锂离子电池电极材料热导率的分析和分类方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池，特别是涉及一种锂离子电池电极材料热导率的分析和分类方法。
【背景技术】
[0002]自从日本的Sony公司研发出了锂离子电池，引起了全世界的关注，这种电池不仅容量大，而且可以反复使用，广泛应用于现代电子设备和储能设备中，比如笔记本电脑、手机、电动汽车等。进入21世纪以后，社会对锂离子电池不仅在量上有了更大的需求，同时也对电池的质提出了更高要求，比如高电压、高能量密度、使用寿命长等等。但是，这样高质量的电池却具有一定的安全隐患，甚至在使用过程中电池发生了爆炸。锂离子电池的安全性与电极材料的热导率息息相关，但是鲜有电极材料热导率的研究。
[0003]经实验和理论发现，当锂离子电池在工作时，主要是正极材料中锂离子拖出或者嵌入的过程，在这个过程中，电极材料会形成一定的缺陷，不同的缺陷种类，对热导率的影响是不一样的。目前影响材料热导率的缺陷类型主要有点缺陷(point defect)、错位(disorder)、质量无序(mass disorder)等类型。针对锂离子电池电极材料这样的物质，由于锂离子的变化范围非常大，因此中间存在不同的缺陷类型，导致了其与热导率之间的关系很复杂。文献Nature Communicat1ns 10.1038/ncomms5035中，通过对裡离子电池的正极材行的热导率进行测量，虽然从实验上得到了 X的变化与该材料热导率的关系，遗憾的是，只针对特定的锂离子组分范围(X = 0.65?I)做了研究，仅给出离散的数据点，对于更大范围的组分(X从O变化到0.65)尚未涉及。此外，没有给出计算材料热导率与组分关系的方法。但是，锂离子的安全性和寿命问题的研究需要了解锂离子电极材料热导率与组分的数值关系。目前国际上未见相关报道。
[0004]综上，一种适用于锂离子电池电极材料热导率分析方法亟待提出，以便通过这样一种方法，快速、有效得到该材料的热导率。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对锂离子电池电极材料组分的变化，通过对电极材料的热导率影响因素的分析和分类，提供一种锂离子电池电极材料热导率的分析和分类方法。
[0006]本发明包括以下步骤:
[0007]I)锂离子电池电极材料中锂离子浓度的变化从X = O?1，0表示材料中没有锂离子，I表示电极材料是没有缺陷的电极材料，中间值表示处于两种状态之间，中间值越大，锂离子的浓度越大；
[0008]2)锂离子浓度从O变到I的过程中，当浓度从O变化到Xini时，定义这个浓度段为结构类型I ;
[0009]3)锂离子浓度从Xini变化到X㈣时，定义这个浓度段为结构类型II ;
[0010]4)锂离子浓度从Xni/变化到I时，定义这个浓度段为结构类型III ;
[0011]5)在不同的结构类型下，计算出材料在锂离子整个变化过程中相应的热导率；
[0012]6)找出不同结构类型的交叉点Xin1、Xnip，定义一个结合结构类型，取出相应锂离子浓度段所对应的热导率，获得锂离子电池电极材料在整个充放电过程中的热导率与X的关系O
[0013]本发明的优点:本发明通过对锂离子电池的充放电压或者锂离子浓度所引起的结构变化进行分类，找出不同结构类型之间的交叉点(xin1、Xnip),可以快速、准确地找出充放电压或锂离子浓度与热导率之间的关系。
【附图说明】
[0014]图1是实施例利用文献报道的结构类型I计算得到的热导率的值与实验值的比较结果。
[0015]图2是实施例利用文献报道的结构类型II计算得到的热导率的值与实验值的比较结果。
[0016]图3是实施例利用文献报道的结构类型III计算得到的热导率的值与实验值的比较结果。
[0017]图4是实施例利用新的结构类型得到的热导率的值与实验值的比较结果。
【具体实施方式】
[0018]下面结合说明书附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0019]I)利用文献报道的结构类型I无法准确计算LixCoOj^热导率
[0020]选取锂离子电池的正极材料LixCoO2(0〈χ〈1)作为研究对象，假设在X整个变化过程中，只有一种缺陷类型I，基于Callaway模型，计算出热导率与锂离子含量或者充放电过程输出电压的关系，结果如图1所示。从图1上可以发现，只有当X的值比较小(0.6〈x〈0.76)的时候，理论计算值和实验值才能很好地吻合。
[0021]2)利用文献报道的结构类型II无法准确计算LixCoOj^热导率
[0022]选取锂离子电池的正极材料LixCoO2 (0<χ<1)作为研究对象，假设在x整个变化过程中，只有一种缺陷类型II，基于Callaway模型，计算出热导率与锂离子含量或者充放电过程输出电压的关系，结果如图2所示。从图2上可以发现，当0.76<x<0.9时，理论计算值和实验结果只在X特定的范围内才能吻合。
[0023]3)利用文献报道的结构类型III无法准确计算LixCoOj^热导率
[0024]选取锂离子电池的正极材料LixCoO2 (0<χ<1)作为研究对象，假设在x整个变化过程中，只有一种缺陷类型III，基于CalIaway模型，计算出热导率与锂离子含量或者充放电过程中输出电压的关系，结果如图3所示。从图3上可以发现，当0.9〈x〈l时，理论计算值和实验结果才可以很好地符合。
[0025]4)利用本发明提出的分类方法可以准确给出LixCoOj^热导率
[0026]选择Callaway模型，利用本发明提出的分析和分类方法，在锂离子电池的工作过程中，根据锂离子含量的不同，把LixCoO2分成三种结构，然后计算出热导率，结果如图4所示，可以发现在X的整个变化范围内，都可以很好地吻合。
【主权项】
1.一种锂离子电池电极材料热导率的分析和分类方法，其特征在于包括以下步骤: 1)锂离子电池电极材料中锂离子浓度的变化从X= O?1，0表示材料中没有锂离子，I表示电极材料是没有缺陷的电极材料，中间值表示处于两种状态之间，中间值越大，锂离子的浓度越大； 2)锂离子浓度从O变到I的过程中，当浓度从O变化到Xini时，定义这个浓度段为结构类型I ;锂离子浓度从Xini变化到X㈣时，定义这个浓度段为结构类型II ;锂离子浓度从X变化到I时，定义这个浓度段为结构类型III; 3)在不同的结构类型下，计算出材料在锂离子整个变化过程中相应的热导率； 4)找出不同结构类型的交叉点Xin1、Xnip，定义一个结合结构类型，取出相应锂离子浓度段所对应的热导率，获得锂离子电池电极材料在整个充放电过程中的热导率与X的关系。
【专利摘要】一种锂离子电池电极材料热导率的分析和分类方法，涉及锂离子电池。锂离子电池电极材料中锂离子浓度的变化从x＝0～1，0表示材料中没有锂离子，1表示电极材料是没有缺陷的电极材料，中间值表示处于两种状态之间，中间值越大，锂离子的浓度越大；锂离子浓度从0变化到Xim时，定义为结构类型I；从Xim变化到Xmp时，定义为结构类型II；从Xmp变化到1时，定义为结构类型III；在不同结构类型下，计算出材料在锂离子整个变化过程中相应的热导率；找出不同结构类型的交叉点Xim、Xmp，定义一个结合结构类型，取出相应锂离子浓度段所对应的热导率，获得锂离子电池电极材料在整个充放电过程中的热导率与x的关系。
【IPC分类】G01N25/00
【公开号】CN105092630
【申请号】CN201510385338
【发明人】郑金成, 任飞, 李晓军, 王惠琼
【申请人】厦门大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年6月30日