一种快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法与流程

本发明涉及锂离子电池，尤其是涉及一种快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法。

背景技术：

1、锂离子电池，其具有能量密度高、循环性能好、对环境友好等诸多优良特性，已广泛应用于便携式电子产品、通讯工具、电动汽车及储能设备等方面。随着锂离子电池及其产品的不断普及，消费者对锂离子电池的性能提出了更高的要求，锂离子电池性能的提高成为了新能源行业发展的关键。

2、为了提高锂离子电池的性能，锂离子电池电极材料的选取至关重要。随着对锂离子电池电极材料研究的不断深入，研究者发现在锂离子电池正极活性材料制作过程中可能会接触一些铜单质部件，导致在材料中混入微量的游离铜单质。尽管游离铜单质的含量较少(通常为ppb级别)，但危害极大。当正极活性材料中存在游离铜单质时，电池化成阶段的电压达到铜元素的氧化还原电位后，铜单质就会先在正极氧化再到负极还原，当负极处的铜单质累积到一定程度，其沉积金属坚硬的棱角就会刺穿隔膜，造成电池自放电甚至是形成内部短路，进而引发电池热失控，电池燃烧或者爆炸。

3、然而由于铜单质不具有磁性，不能像铁、镍、锌等磁性金属那样易于检测和去除。因此寻求一种能够精准识别锂离子电池正极活性材料中是否含有游离铜单质的方法对于判断锂离子电池正极活性材料的品质具有重要意义。目前常用的正极活性材料中铜单质含量检测方法主要为icp(inductive coupled plasma,电感耦合等离子体技术)。如申请号为201811593722.7名为《一种铜单质含量的测试方法及其应用方法》的专利，其主要反应原理为铜单质与氨水、双氧水反应生成蓝色的碱式铜氨络合离子溶液，然后用王水将混合溶液酸化，再用原子发射光谱仪测试待测溶液中铜离子浓度，继而计算出样品中铜单质的含量。但该方法过程繁琐，且在配制待测溶液的过程中无法排除不同价态的游离态铜的干扰。申请号为202010174473.9名为《一种锂电池正极活性材料中铜单质含量的检测方法》专利，通过弱氧化酸去除氧化铜，以去除氧化铜对铜单质的影响，从而可准确检测出锂电池正极活性材料中的铜单质含量。另外，通过氨水络合铜单质，铜元素被富集在待检测溶液中，再采用常用的icp-oes法、icp-ms法、aas法对待检测溶液中的铜元素进行检测，可以进一步提高铜单质含量检测的准确性。该方法虽然考虑到游离态氧化铜的干扰，但是在操作过程中易出现误判和漏判的情况，会对测试结果的准确性产生一定的影响。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，包括下述步骤：

4、(1)将正极活性材料与导电剂、粘结剂按质量比90-98：1-5：1-5加入到有机溶剂中，在搅拌机中抽真空并混合搅拌分散，制备得到正极浆料，再经过涂敷、辊压、剪切，制备成正极极片；

5、(2)将负极活性材料与导电剂、分散剂、粘结剂按质量比90-98：0.5-2：0.5-4：1-4加入到去离子水溶剂中，在搅拌机中抽真空并混合搅拌分散，制备得到负极浆料，再经过涂敷、辊压、剪切，制备成负极极片；

6、(3)将制备的正极极片、负极极片、隔膜通过卷绕或者叠片的方式制备成极组，并通过铝塑封装、注液、静置、加压化成和除气制成锂离子电池；

7、(4)将电池充电到100％soc后进行拆解，观察负极表面及隔膜表面状态，若负极表面状态呈均匀的金黄色，隔膜表面无任何异物，则证明此批正极活性材料中不含有影响电池电性能和安全性能的金属异物；若负极表面呈不均匀的金黄色，负极极片表面和隔膜表面有黑色点状异物，则证明此批正极活性材料中含有金属异物；再对黑色点状异物进行元素分析，确认其成分，并对材料品质进行判定。

8、优选的，上述快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，所述金属异物为游离铜单质。

9、优选的，上述快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，所述步骤(1)中正极活性材料为钴酸锂材料、镍钴锰三元材料、锰酸锂材料或磷酸铁锂材料，所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管中的一种或多种；所述粘结剂为聚偏氟乙烯的均聚物或共聚物的一种或多种；所述有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮；制备得到正极浆料的时间在4-6h，经过涂敷、辊压、剪切制备正极极片的时间在3-5h。

10、优选的，上述快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，所述负极活性材料为人造石墨，导电剂为导电炭黑、碳纳米管中的一种或多种、分散剂为羧甲基纤维素钠、粘结剂为丁苯橡胶胶乳；制备得到负极浆料的时间在3-5h；再经过涂敷、辊压、剪切制备负极极片的时间在3-5h。

11、优选的，上述快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，所述步骤(3)中隔膜为12μm-20μm的湿法pe隔膜。

12、优选的，上述快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，所述步骤(3)中静置时间为2-4h，锂离子电池制备时间在7-12h。

13、优选的，上述快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，所述步骤(4)中100％soc电池拆解的环境需要保持相对湿度小于1％。

14、优选的，上述快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，所述步骤(4)中黑色点状异物的分析方法为能谱仪检测方法(eds)，其原理是利用不同元素的x射线光子特征能量不同进行成分分析。

15、本发明的有益效果是：

16、所述快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，是一种识别游离铜单质的定性方法，而非定量方法，但其准确度高达100％，可以有效避免现有技术手段的不准确性带来的漏判和误判，从而为正极活性材料的质量判定提供可靠方法；该方法工艺操作简单，成本低，检测周期短，且检测的结果直观、准确、易于判断，具有一定的推广意义。

技术特征：

1.一种快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，其特征在于：所述金属异物为游离铜单质。

3.根据权利要求1所述的快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，其特征在于：所述步骤(1)中正极活性材料为钴酸锂材料、镍钴锰三元材料、锰酸锂材料或磷酸铁锂材料，所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管中的一种或多种；所述粘结剂为聚偏氟乙烯的均聚物或共聚物的一种或多种；所述有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮；制备得到正极浆料的时间在4-6h，经过涂敷、辊压、剪切制备正极极片的时间在3-5h。

4.根据权利要求1所述的快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，其特征在于：所述负极活性材料为人造石墨，导电剂为导电炭黑、碳纳米管中的一种或多种、分散剂为羧甲基纤维素钠、粘结剂为丁苯橡胶胶乳；制备得到负极浆料的时间在3-5h；再经过涂敷、辊压、剪切制备负极极片的时间在3-5h。

5.根据权利要求1所述的快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，其特征在于：所述步骤(3)中隔膜为12μm-20μm的湿法pe隔膜。

6.根据权利要求1所述的快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，其特征在于：所述步骤(3)中静置时间为2-4h，锂离子电池制备时间在7-12h。

7.根据权利要求1所述的快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，其特征在于：所述步骤(4)中100％soc电池拆解的环境需要保持相对湿度小于1％。

8.根据权利要求1所述的快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，其特征在于：所述步骤(4)中黑色点状异物的分析方法为能谱仪检测方法。

技术总结
本发明提供了一种快速识别正极活性材料中含有游离铜单质的方法，将制备得到的正极极片、负极极片、隔膜通过卷绕或者叠片的方式制成极组，并通过铝塑封装、注液、静置、加压化成和除气后制成锂离子电池，将电池充电到100％SOC后进行拆解，观察负极表面及隔膜表面状态，该方法是一种识别游离铜单质的定性方法，而非定量方法，但其准确度高达100％，可以有效避免现有技术手段的不准确性带来的漏判和误判，从而为正极活性材料的质量判定提供可靠方法；该方法工艺操作简单，成本低，检测周期短，且检测结果直观、准确、易于判断，具有一定的推广意义。

技术研发人员：井婷婷,刘文刚
受保护的技术使用者：天津聚元新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16