专利名称：磷酸铁锂材料批次一致性检测判定的方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种磷酸铁锂材料批次一致性检测判定的方法。
背景技术：
锂离子电池由于具有工作电压高、比能量密度大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应以及环境污染小等优点，首先在移动通讯设备、移动电子设备等领域获得了巨大的成功。目前正在向大型储能设备、电动汽车领域扩张。近年来，由于能源危机，尤其是温室气体排放所导致的气候变暖问题，使用低排放的环保能源已经成为了迫切要求。因此，近年来，太阳能、风能等清洁能源的开发与利用得到了长足的发展。然而，太阳能、风能发电等都是不稳定的能源，实现并网发电的前提是解决储能的问题；电动汽车因排放低(或零排放)、较高的能量转换效率等优点，其研究和应用获得了巨大进展。全球范围内的新能源战略为动力锂离子电池的发展提供了一个前所未有的平台。磷酸铁锂具有长循环寿命、高安全性以及较高的理论电化学容量而成为了电动汽车用锂离子电池、储能电池的理想正极材料。然而，由于磷酸铁锂的合成条件比较苛刻，如果工艺条件控制不好，极易出现批次生产的产品不一致性的情况，从而导致由这些材料制成的磷酸铁锂锂离子电池的一致性差的问题，造成磷酸铁锂锂离子电池组的一致性差的问题，从而导致动力电池组中的单体电池的均衡性差，并且上述的问题已经成为磷酸铁锂市场化的主要瓶颈之一。对于锂离子动力电池生产企业而言，动力电池组中的一致性是急待解决的问题， 而磷酸铁锂材料本身的一致性则是动力电池一致性的基础。因此，锂离子动力电池企业均期望建立检验磷酸铁锂材料一致性的可靠方法。目前，检验磷酸铁锂材料一致性的通常做法是对批量的磷酸铁锂材料进行取样， 做成半电池或全电池，然后对电池的电化学容量、倍率性能、循环性能等进行测试，通过制的磷酸铁锂锂离子电池从而确定磷酸铁锂材料的一致性。但是，采用上述的检测方式耗时较长，而且存在测试不准确的隐患。特别是本发明人在进行本发明研究过程中发现，采用现有技术对材料中微量杂质元素的变动所带来的潜在危险缺乏有效地评估。
发明内容
本发明实施第一目的在于提供一种磷酸铁锂材料批次一致性检测判定的方法，其可以高效、准确地确定磷酸铁锂材料批次的一致性是否合格，有利于保证由该批次材料制成的磷酸铁锂锂离子动力电池组的电性能一致性。本实施例子提供的一种磷酸铁锂材料批次一致性检测判定的方法，包括
任意取样本批次磷酸铁锂材料；
检测各取样的磷酸铁锂材料中的主要元素、掺杂元素、杂质元素，确定主要元素、 掺杂元素、杂质元素的含量；确定各取样的磷酸铁锂材料的粒度分布曲线，确定各所述曲线中峰的个数、各峰的位置、峰的高度、半高宽；如果所述磷酸铁锂中的主元素、以及掺杂元素的重量百分比含量参数批次波动范围等于或小于0.5%，并且杂质元素的重量百分比含量参数批次波动范围小于50%，并且各取样的磷酸铁锂材料的粒度分布曲线中峰的个数不发生变化，并且各取样的磷酸铁锂材料的粒度分布峰的位置、峰的高度、峰的半高宽波动范围等于或小于5%，则判定本批次磷酸铁锂材料的一致性合格；否则，判定本批次磷酸铁锂材料不合格。可选地，所述参杂元素为改善所述磷酸铁锂材料的电化学性能而添加的元素阳离子:Mg、Ti、Cr、Cu、Al；阴离子F、C1。可选地，所述杂质元素为:Na、Si、Mg、Ti、Cu、Pb、Cd、Cl、K、Ca、Co、Mn、Ni、Cl。可选地，所述主要元素为Li、!^、P、C以及0。可选地，使用电感耦合等离子体发射光谱仪检测确定所述主要元素、掺杂元素、 杂质元素中的金属元素的含量；使用碳硫分析仪检测确定所述碳元素的质量百分比含量；采用离子色谱仪检测确定所述主要元素、掺杂元素、杂质元素中除碳外的其他非金属元素的质量百分比含量。由上可见，应用本发明实施例的技术方案，根据本发明人在进行本发明研究过程中发现构成磷酸铁锂材料一致性评价的理化指标众多，对于同一厂家生产的批次磷酸铁锂，工艺条件的波动，会影响到其全部或部分的理化指标。而本发明人在本发明研究过程中发现第一磷酸铁锂材料的粒度分布对合成工艺条件的变化具有高度敏感性，合成工艺条件控制的优劣，必然会反映在磷酸铁锂材料的粒度分布的变化上。因此，对材料的粒度分布情况进行分析，就可以得知整个合成生产工艺条件的控制状况。第二 磷酸铁锂材料中除了主要元素会对电池的电化学性能、安全性能造成影响夕卜，材料中的微量掺杂元素以及微量杂质元素的异常波动也会对电池的电化学性能、安全性能造成潜在威胁，其指标也反映了合成磷酸铁锂的原材料的纯度、磷酸铁锂材料的清洗等工艺条件的状况，因此，也将材料中各元素的含量作为判断磷酸铁锂材料批次一致性的必要步骤。综上，使用本发明方法能够快速对磷酸铁锂材料批次一致性进行快速准确的判断。相对于现有技术中将磷酸铁锂取样，做成半电池或全电池，然后对电池的电化学容量、倍率性能、循环性能等进行测试的技术方案。采用本发明技术方案不仅耗时较长，而且对材料中微量杂质元素的变动所带来的潜在危险缺乏有效地评估，本发明所提供的检验磷酸铁锂材料一致性的方法，为快速、全面评估磷酸铁锂材料的一致性，开辟了新途径。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中图1为本发明实施例1提供的一种
具体实施例方式下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。实施例1 参见图1所示，本实施例提供的一种磷酸铁锂材料批次一致性检测判定的方法流程主要包括以下步骤步骤101 任意取样本批次磷酸铁锂材料。在待检测判定的磷酸铁锂材料中任意取样一定的磷酸铁锂材料，以便对取样进行下面步骤的检测分析。其中取样方法可以但不限于按照GB/T 13732的规定进行。步骤102 分别对各次取样的磷酸铁锂材料中的主要元素、掺杂元素、杂质元素进行检测，确定主要元素、掺杂元素、杂质元素的质量百分比含量。其中，主要元素为磷酸铁锂中的作用正负极材料构成元素磷(P)、铁0 )、锂 (Li)、氧(0)。掺杂元素为改善磷酸铁锂材料的电化学性能而主动添加进去的元素，该掺杂元素在材料制造过程中预先确定。在进行检测时可以根据该预先确定的情况对特定的掺杂元素质量百分比含量进行测试。比如，本发明人在进行本发明研究过程中的磷酸铁锂材料的掺杂元素为主动掺杂的阳离子Mg、Ti、Cr、Cu、Al等以及主动掺杂的阴离子F、C1等。杂质元素为由于原材料不纯或在生产过程中带入的各种微量元素，一般根据磷酸铁锂材料的生产经验分析。比如本发明人在实验中监测的杂质元素通常包括但不限于以下元素钠(Na)、硅 (Si)、镁(Mg)、钛(Ti)、铜(Cu)、铅(Pb)、镉(Cd)、氯(Cl)、钾(K)、钙(Ca)、钴(Co)、锰(Mn)、 镍(Ni)、锌(Zn)等。在进行本发明的各种元素的质量百分比含量检测过程中可以但不限于使用目前电感耦合等离子体发射光谱仪(简称ICP-AES)对上述的各种主要元素、掺杂元素、杂质元素中的金属元素在取样的磷酸铁锂材料中的质量百分比含量进行监测分析确定；使用碳硫分析仪对各取样中的碳元素的质量百分比含量进行测定；采用离子色谱仪对取样中的其他非金属元素的质量百分比含量进行测定。步骤103 分别确定各次取样的磷酸铁锂材料的粒度分布曲线，确定每次取样的磷酸铁锂材料所对应的粒度分布曲线中的以下参数峰的个数、各峰的位置、峰的高度、半尚觅。在本实施例中可以但不限于使用现有技术中常用的激光粒度分析仪(SaturnDigiSizer)采用最优的非均勻性交叉三维扇形探测器阵列以及无约束拟合反演方法，准确地测量得到被测的磷酸铁锂材料颗粒度分布，并且根据测量的结果获取粒度分布曲线。根据粒度分布曲线确定该曲线中波峰的个数、各个波峰的位置、各个波峰的高度以及半高宽，以便在步骤104中根据这些参数进行材料分析。步骤104 根据步骤102、103的检测结果确定当前的批次磷酸铁锂材料的一致性
是否合格。检测材料一致性是否合格的算法具体如下根据步骤102中确定的各取样磷酸铁锂材料的元素检测结果以及步骤103中确定的各取样磷酸铁锂材料的粒度分布曲线特性，进行以下的判定如果在各次的取样监测中，磷酸铁锂中的主元素、以及掺杂元素的重量百分比含量参数批次波动范围等于或小于0.5%，并且杂质元素的重量百分比含量参数批次波动范围小于50%，并且各取样的磷酸铁锂材料的粒度分布曲线中峰的个数不发生变化，并且各取样的磷酸铁锂材料的粒度分布峰的位置、峰的高度、峰的半高宽波动范围均等于或小于 5%，则判定本批次磷酸铁锂材料的一致性合格；否则，判定本批次磷酸铁锂材料不合格。根据本发明人在进行本发明研究过程中发现构成磷酸铁锂材料一致性评价的理化指标众多，对于同一厂家生产的批次磷酸铁锂，工艺条件的波动，会影响到其全部或部分的理化指标。而本发明人在本发明研究过程中发现第一磷酸铁锂材料的粒度分布对合成工艺条件的变化具有高度敏感性，合成工艺条件控制的优劣，必然会反映在磷酸铁锂材料的粒度分布的变化上。因此，对材料的粒度分布情况进行分析，就可以得知整个合成生产工艺条件的控制状况。第二 磷酸铁锂材料中除了主要元素会对电池的电化学性能、安全性能造成影响夕卜，材料中的微量掺杂元素以及微量杂质元素的异常波动也会对电池的电化学性能、安全性能造成潜在威胁，其指标也反映了合成磷酸铁锂的原材料的纯度、磷酸铁锂材料的清洗等工艺条件的状况，因此，也将材料中各元素的含量作为判断磷酸铁锂材料批次一致性的必要步骤。综上，使用本发明方法能够快速对磷酸铁锂材料批次一致性进行快速准确的判断。相对于现有技术中将磷酸铁锂取样，做成半电池或全电池，然后对电池的电化学容量、倍率性能、循环性能等进行测试的技术方案。采用本发明技术方案不仅耗时较长，而且对材料中微量杂质元素的变动所带来的潜在危险缺乏有效地评估，本发明所提供的检验磷酸铁锂材料一致性的方法，为快速、全面评估磷酸铁锂材料的一致性，开辟了新途径。以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式
以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种磷酸铁锂材料批次一致性检测判定的方法，其特征是，包括 任意取样本批次磷酸铁锂材料；检测各取样的磷酸铁锂材料中的主要的主要元素、掺杂元素、杂质元素，确定主要元素、掺杂元素、杂质元素的含量；确定各取样的磷酸铁锂材料的粒度分布曲线，确定各所述曲线中峰的个数、各峰的位置、峰的高度、半高宽；如果所述磷酸铁锂中的主元素、以及掺杂元素的重量百分比含量参数批次波动范围等于或小于0.5%，并且，杂质元素的重量百分比含量参数批次波动范围小于50%， 并且，各取样的磷酸铁锂材料的粒度分布曲线中峰的个数不发生变化， 并且，各取样的磷酸铁锂材料的粒度分布峰的位置、峰的高度、峰的半高宽波动范围等于或小于5%，则判定本批次磷酸铁锂材料的一致性合格； 否则，判定本批次磷酸铁锂材料不合格。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂材料批次一致性检测判定的方法，其特征是， 所述(掺)杂元素为改善所述磷酸铁锂材料的电化学性能而添加的元素 阳离子Mg、Ti、Cr、Cu、Al ；阴离子F、C1。
3.根据权利要求1或2所述的磷酸铁锂材料批次一致性检测判定的方法，其特征是， 所述杂质元素为Na、Si、Mg、Ti、Cu、Pb、Cd、Cl、K、Ca、Co、Mn、Ni、Cl。
4.根据权利要求1或2所述的磷酸铁锂材料批次一致性检测判定的方法，其特征是， 所述主要元素为Li、i^e、P、C以及0。
5.根据权利要求1或2所述的磷酸铁锂材料批次一致性检测判定的方法，其特征是， 使用电感耦合等离子体发射光谱仪检测确定所述主要元素、掺杂元素、杂质元素中的金属元素的含量；使用碳硫分析仪检测确定所述碳元素的质量百分比含量；采用离子色谱仪检测确定所述主要元素、掺杂元素、杂质元素中除碳外的其他非金属元素的质量百分比含量。
全文摘要
本发明涉及锂离子电池领域，公开了一种磷酸铁锂材料批次一致性检测判定的方法。其包括任意取样本批次磷酸铁锂材料；检测取样的磷酸铁锂材料中的主要元素、掺杂元素、杂质元素，确定主要元素、掺杂元素、杂质元素的含量；确定磷酸铁锂材料的粒度分布曲线，确定曲线中峰的个数、位置、高度、半高宽；如果主元素以及掺杂元素的重量百分比含量参数批次波动范围等于或小于0.5％，杂质元素的含量参数批次波动范围小于50％，粒度分布曲线中峰的个数不发生变化，峰的位置、高度、半高宽波动范围等于或小于5％，则判定本批次磷酸铁锂材料的一致性合格；否则，判定本批次磷酸铁锂材料不合格。其可以高效、准确地确定磷酸铁锂材料批次的一致性。
文档编号G01N30/02GK102455341SQ20111005279
公开日2012年5月16日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者唐道平, 曾坚义, 曾纪术, 郭永兴, 陶芝勇 申请人:深圳市海盈科技有限公司