一种锂离子电池芯中电解液分布的测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及裡离子电池技术领域，尤其是一种裡离子电池忍中电解液分布的测定 方法。
【背景技术】
[0002] 裡离子电池商业化W来，由于其具有高能量密度、高电压、低自放电率和重量轻等 优点，在电子产品领域得到了广泛应用。近年来，为满足电动汽车W及储能需求，单体裡离 子电池不断提高容量和体积，从而使得电池中电解液灌注量从W前的几克或几十克提高到 几百克水平，由于电忍在电池壳中的放置方法，电忍卷绕方法，宽度W及卷绕的松紧度，电 池加工工序等诸多因素影响，如此多的电解液在电池忍中并非均匀分布，极片表面有些地 方吸收电解液较多，有些地方吸收较少，从而造成电池忍中极片各部分表现不一致的电性 能。极片有些地方的电解液严重缺少时甚至会造成电池析裡，严重影响电池的安全性和使 用寿命。因此，有必要找到一种方法对裡离子电池忍中电解液的分布进行跟踪，对电池忍中 极片上吸收电解液较少的地方进行尽早的预测。
[0003] 针对现有技术中存在的缺陷，特提出本发明。
【发明内容】
[0004] 本发明的发明目的在于提出一种裡离子电池忍中电解液分布的测定方法。
[0005] 为了完成本发明的发明目的，采用的技术方案为：
[0006] 本发明设及一种裡离子电池忍中电解液分布的测定方法，具体为:将含有示踪元 素的电解液灌注于待测裡离子电池中，采用离子示踪法测定裡离子电池忍待测部位中示踪 元素的含量，计算裡离子电池忍待测部位的电解液分布。
[0007] 优选的，裡离子电池忍的待测部位为正极极片、负极极片或电子绝缘膜。
[000引优选的，示踪元素选自溶解于电解液中、并通过元素检测设备准确检测到的元素， 并优选电解液中含有的元素，所述示踪元素更优选裡元素或铁元素。
[0009] 优选的，将含有示踪元素的电解液灌注于待测裡离子电池中后，将电池制作到待 充电前;在测定前，拆解裡离子电池，取裡离子电池忍的待测部位。
[0010] 优选的，在测定时，将待检测部位平均分为η个区域，η为大于1的整数，采用离子示 踪法测定所述裡离子电池忍中待测部位中每个区域的示踪元素的含量，计算出待测部位每 个区域的电解液吸收量和电解液实际分布量，电解液分布差值通过计算电解液实际分布量 与电解液理论吸收量之差得到。
[00川优选的，
[0012] 电解液吸收量的计算公式为:m=MXCi/C2;
[0013] 电解液实际分布量的计算公式为:F=m/S;
[0014] 其中:m为电解液吸收量，待测部位各区域的重量为M，Ci为待测部位各区域示踪元 素的含量测试值，C2为电解液中示踪元素的浓度，待测部位各区域的面积为S;
[0015] 所述电解液理论吸收量为待测部位的孔隙完全被电解液填充后的电解液量。
[0016] 其中，面积的单位是cm2,重量的单位是mg。
[0017] 优选的，采用离子示踪法测定示踪元素含量的设备选自电感禪合等离子体原子发 射光谱仪。
[0018] 优选的，裡离子电池忍的外壳选自金属或非金属壳，优选钢壳或侣壳。
[0019] 优选的，电池忍的正极极片和负极极片选自与裡离子嵌脱的活性材料，分别独立 的优选为 LiFeP〇4、LiNi 化、LiCo〇2、LiMn〇2、LiMn2〇4、LiNiaC〇bMnc〇2、LiNidC〇eAlf〇2、Li4Ti5〇i2、 石墨、软碳、硬碳或合金中的至少一种；其中，a+b+c = l，d+e+f=l;电子绝缘膜选自导离子 且不导电子的膜片，电子绝缘膜的材质选自PE、PP、PET或其衍生物中的至少一种。
[0020] 优选的，含有示踪元素的电解液中含有环状碳酸醋、链状碳酸醋中的至少一种；电 解液中含有裡盐，裡盐选自六氣憐酸裡化iPFs)、六氣合神(V)酸裡化iAsFs)、四氣棚酸裡 化iBF4)、双草酸棚酸裡化iBOB)、草酸二氣棚酸裡化iBC2〇4F2)中的至少一种;裡盐的浓度为 0.6M~2M。
[0021] 本发明的有益效果为：
[0022] 本发明找到一种简单易行的方法，可W跟踪表征出电解液在电池正负极膜片W及 电子绝缘膜上的分布量情况。本发明一方面可W预测不同尺寸或不同材料的电池的电解液 的灌注量，能保证电池中灌注经济、足够的电解液量。另一方面，可W使用本发明的方法对 电池中正负极片上各部分的电解液量的吸收的分布跟踪，对预测电池性能如电池拆解后的 析裡情况有指导意义。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明实施例1负极极片取样跟踪区域；
[0024] 图2为本发明实施例1采用ICP测试负极各区域示踪元素(裡元素)的含量；
[0025] 图3为本发明实施例1根据各区域示踪元素含量算出电解液吸收量；
[0026] 图4为本发明实施例2负极极片取样跟踪区域。
[0027] 下面结合附图和【具体实施方式】，详细说明本发明提供的测定裡离子电池忍中电解 液分布的离子示踪法，对本发明不构成任何限制。
【具体实施方式】
[00%] -种裡离子电池忍中电解液分布的测定方法，具体包括W下步骤：
[0029] 1.准备含示踪元素的电解液：在需要灌注的电解液中加入定量能溶解的示踪元 素;示踪元素可W是另外加入电解液的元素也可W是电解液自身具有的元素，只要能均匀 分散于电解液中、并被元素检测设备定量检测出即可;优选裡元素或铁元素；
[0030] 2.注液:在需要跟踪电解液分布的电池中灌注含有示踪元素的电解液，按照正常 的电池加工工序将电池制作到待充电前；电池可W是钢壳、侣壳或其它具有一定机械强度 的金属或非金属壳；
[0031] 3.取样:拆解电池，取正极极片、负极极片或电子绝缘膜的样品；
[0032] 4.测试:通过元素检测设备定量表征各区域样品示踪元素的含量，根据示踪元素 在电解液中的浓度计算出各区域样品的电解液吸收量；
[0033] 定量检测元素设备可W是电感禪合等离子体原子发射光谱仪(ICP)或离子色谱仪 (1C)或者其它可W准确定量检测到示踪元素的设备。
[0034] 本发明中示踪元素的选择，只要能均匀分散于电解液中、并被元素检测设备定量 检测出即可;并且最大加入量不能超过电解液对示踪元素的完全溶解量。金属元素和非金 属元素都可W作为示踪元素进行检测；具体可列举的实例为裡元素、铁元素、钻元素、儘元 素、铁元素、儀元素、裡元素、氣元素、憐元素、侣元素等等，并优选裡元素、憐元素、铁元素。 优选裡元素、憐元素、铁元素的原因是:材料易得、方便溶入电解液制备含该示踪离子的电 解液。
[0035] 优选地，将待检测部位平均分为η个区域，η为大于1的整数;可横向平均分为η个条 带，或纵向分为η个条带，或横向、纵向都均分，形成为η2个块状区域;采用离子示踪法测定 所述裡离子电池忍中待测部位中每个区域的示踪元素的含量，计算出待测部位每个区域的 电解液吸收量和电解液实际分布量，电解液分布差值通过计算电解液实际分布量与电解液 理论吸收量之差得到。
[0036] 电解液吸收量的计算公式为:m=M X C1/C2;
[0037] 电解液实际分布量的计算公式为:F=m/S;
[0038] 其中:m为电解液吸收量，待测部位各区域的重量为M，Ci为待测部位各区域示踪元 素的含量测试值，C2为电解液中示踪元素的浓度，待测部位各区域的面积为S;
[0039] 电解液理论吸收量为待测部位的孔隙完全被电解液填充后的电解液量。
[0040] 具体计算方法为:通过孔隙率测试仪器测得负极极片的孔隙率P%，负极各部分极 片的体积V通过长L，宽W，厚的十算得到V = L X W X H，查得电解液的密度为D，则负极各部分极 片的理论吸收量= VXP% XD/S。
[0041] 其中，长度的单位是cm,面积的单位是cm2,体积的单位是cm3,重量的单位是mg，密 度的单位是mg/cm3。
[0042] 在本发明中，电池忍的正极极片和负极极片选自与裡离子嵌脱的活性材料，正极 极片和负极极片的活性材料分别独立的选自LiFeP〇4、LiNi〇2、LiCo〇2、LiMn〇2、LiMn2〇4、 Li化aC〇bMnc〇2、LiNidC〇eAlf〇2、Li4Ti日〇12、石墨、软碳、硬碳或合金中的至少一种；其中，a+b+c =1，d+e+f = 1;
[0043] 电子绝缘膜选自导离子且不导电子的膜片，电子绝缘膜的材质选自PE、PP、PET或 其衍生物中的至少一种。
[0044] 含有示踪元素的电解液中含有环状碳酸醋、链状碳酸醋中的至少一种；
[0045] 电解液中含有裡盐，裡盐选自11口尸6、^43尸6、^8尸4、^808、^8〔2〇4尸2中的至少一 种;裡盐的浓度为0.6M~2M。
[0046] 实施例1裡离子电池忍中负极极片上电解液分布的测定
[0047] 1、准备两组(实验组与对照组)型号为V0D5N0的未注电解液电池(长为220mm，宽为 135mm，厚为29mm，钢壳），其中电子绝缘膜使用表面陶瓷处理的聚乙締膜;正极极片活性材 料为LiFeP〇4;负极极片的活性材料为石墨;含有示踪元素的电解液配方为链状碳酸醋，其 中裡盐为1M LiPFs。
[OO4引2、按正常电池加工工序注入含有Imol/L六氣憐酸裡盐电解液3