一种多孔电极中硅材料分散均匀性的评价方法与流程

本发明涉及锂离子电池电极制备及应用领域，具体涉及一种多孔电极中硅材料分散均匀性的评价方法。

背景技术：

1、随着人们对锂离子电池需求的日益增加,高能量密度和高功率密度锂离子电池技术成为研究热点之一。目前对于高能量密度的锂离子电池，多需要引入高比容量的活性材料，如高镍三元材料、富锂锰基材料，硅基材料等。负极中引入硅基材料是提升电池能量密度的有效手段之一。虽然将石墨与硅材料按不同比例与导电剂、粘结剂混合涂覆在集流体上，能有效提升负极的比容量，但若硅材料与石墨混合分散不均匀，势必会导致部分的硅团聚。

2、在锂离子电池多孔电极中，固相导电颗粒组成电子导电网络，分布在孔隙电解液构成的液相离子传输网络中，若多孔电极中负极产生硅团聚，会导致电极中产生不均匀应力，从而导致导电网络遭到破坏，使得电池性能受到不利影响,因此，需要对多孔电极中硅材料的分散情况进行定量评价分析，以保证锂离子电池生产的质量和性能。

3、目前锂离子电池多孔电极中硅材料的分散情况，多数是基于扫面电镜，通过扫面电镜来定性描述电极中硅与石墨材料的尺寸及形貌特征，或通过背散射模式及能谱等手段半定量描述电极中硅与石墨材料的分布情况，但是这种方法大多只能通过肉眼观测，比较局限，且太具有主观性。因此，亟需建立起一种客观定量评价硅材料与石墨材料分散均匀性的方法，以为改善合浆工艺及石墨与硅氧颗粒搭配提供数据支撑。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种多孔电极中硅材料分散均匀性的评价方法，能够精确、有效、方便地对电极中硅材料分散状态进行定量化表征分析。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、根据本发明实施例的多孔电极中硅材料分散均匀性的评价方法，包括如下步骤：

4、s1，获取多孔电极材料的扫描电镜图；

5、s2，将所述扫描电镜图分割成n等分的分割图，并确定每个所述分割图中硅颗粒的数量，所述n为2以上的整数；

6、s3，根据每份分割图中硅颗粒的数量，确定多孔电极中硅材料分散均匀性。

7、进一步地，所述扫描电镜图为背散射模式下的扫描电镜图。

8、进一步地，所述步骤s2包括：

9、s21，对所述扫描电镜图进行二值化处理，得到二值图；

10、s22，基于所述二值图，提取硅颗粒的轮廓线；

11、s23，将所述二值图分割成n等分的分割图，基于所述轮廓线确定每个所述分割图中所述硅颗粒的数量。

12、进一步地，所述步骤s21包括：

13、s211，对所述扫描电镜图进行预处理，以去除噪声；

14、s212，对去除噪声后的所述扫描电镜图进行二值化处理，得到所述二值图。

15、进一步地，所述步骤s22包括：

16、基于所述硅颗粒的物性参数，提取所述硅颗粒的轮廓线。

17、进一步地，所述物性参数包括颗粒大小和/或颗粒形貌。

18、进一步地，所述物性参数包括颗粒大小和颗粒形貌，所述步骤s22中，基于所述硅颗粒的物性参数并基于所述扫描电镜图的图像参数提取所述轮廓线，所述图像参数包括放大倍率。

19、进一步地，所述放大倍率为500倍以上。

20、进一步地，所述步骤s23中，对于每个所述分割图中所述轮廓线与边界相交的所述硅颗粒，基于所述轮廓线的延伸趋势对该硅颗粒进行计数。

21、进一步地，所述步骤s3包括：

22、s31，根据各个所述分割图中的硅颗粒的数量，确定每个分割图中硅颗粒的平均数；

23、s32，基于每个所述分割图中的硅颗粒的数量与所述平均数的差异，确定多孔电极中硅材料分散均匀性。

24、进一步地，所述步骤s32包括：

25、基于每个所述分割图中的硅颗粒的数量、n的值、以及所述平均数，通过下述式(1)计算分散标准差，并以所述分散标准差作为多孔电极中硅材料分散均匀性的量化指标，

26、

27、其中，n为分割图的数量，xi为每份所述分割图中的硅颗粒的数量，μ为所述平均数，б为分散标准差。

28、本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：

29、根据本发明实施例的多孔电极中硅材料分散均匀性的评价方法，首先获取多孔电极材料的扫描电镜图，其次，将所述扫描电镜图分割成n等分的分割图，并确定每个所述分割图中硅颗粒的数量，最后根据每份分割图中硅颗粒的数量，确定多孔电极中硅材料分散均匀性。由此，通过扫描电镜及图像处理方式，确认每份分割图中硅颗粒的数量，以实现精确、有效、方便地对电极中硅材料分散状态进行定量化表征分析，为合浆工艺是否达标提供了快速检测手段，并为硅材料与石墨颗粒搭配是否合理提供数据支撑。

技术特征：

1.一种多孔电极中硅材料分散均匀性的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，所述扫描电镜图为背散射模式下的扫描电镜图。

3.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

4.根据权利要求3所述的评价方法，其特征在于，所述步骤s21包括：

5.根据权利要求3所述的评价方法，其特征在于，所述步骤s22包括：

6.根据权利要求5所述的评价方法，其特征在于，所述物性参数包括颗粒大小和/或颗粒形貌。

7.根据权利要求6所述的评价方法，其特征在于，所述物性参数包括颗粒大小和颗粒形貌，所述步骤s22中，基于所述硅颗粒的物性参数并基于所述扫描电镜图的图像参数提取所述轮廓线，所述图像参数包括放大倍率。

8.根据权利要求7所述的评价方法，其特征在于，所述放大倍率为500倍以上。

9.根据权利要求3所述的评价方法，其特征在于，所述步骤s23中，对于每个所述分割图中所述轮廓线与边界相交的所述硅颗粒，基于所述轮廓线的延伸趋势对该硅颗粒进行计数。

10.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，所述步骤s3包括：

11.根据权利要求10所述的评价方法，其特征在于，所述步骤s32包括：

技术总结
本发明提供一种多孔电极中硅材料分散均匀性的评价方法，包括如下步骤：S1，获取多孔电极材料的扫描电镜图；S2，将所述扫描电镜图分割成N等分的分割图，并确定每个所述分割图中硅颗粒的数量，所述N为2以上的整数；S3，根据每份分割图中硅颗粒的数量，确定多孔电极中硅材料分散均匀性。根据本发明实施例的多孔电极中硅材料分散均匀性的评价方法，能够精确、有效、方便地对电极中硅材料分散状态进行定量化表征分析。

技术研发人员：汪晨阳,方浩,王蒙,李洋,朱冠楠
受保护的技术使用者：上海轩邑新能源发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15