一種鋰離子電池芯中電解液分布的測定方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及裡離子電池技術領域，尤其是一種裡離子電池忍中電解液分布的測定 方法。
【背景技術】
[0002] 裡離子電池商業化W來，由于其具有高能量密度、高電壓、低自放電率和重量輕等 優點，在電子產品領域得到了廣泛應用。近年來，為滿足電動汽車W及儲能需求，單體裡離 子電池不斷提高容量和體積，從而使得電池中電解液灌注量從W前的幾克或幾十克提高到 幾百克水平，由于電忍在電池殼中的放置方法，電忍卷繞方法，寬度W及卷繞的松緊度，電 池加工工序等諸多因素影響，如此多的電解液在電池忍中并非均勻分布，極片表面有些地 方吸收電解液較多，有些地方吸收較少，從而造成電池忍中極片各部分表現不一致的電性 能。極片有些地方的電解液嚴重缺少時甚至會造成電池析裡，嚴重影響電池的安全性和使 用壽命。因此，有必要找到一種方法對裡離子電池忍中電解液的分布進行跟蹤，對電池忍中 極片上吸收電解液較少的地方進行盡早的預測。
[0003] 針對現有技術中存在的缺陷，特提出本發明。
【發明內容】
[0004] 本發明的發明目的在于提出一種裡離子電池忍中電解液分布的測定方法。
[0005] 為了完成本發明的發明目的，采用的技術方案為：
[0006] 本發明設及一種裡離子電池忍中電解液分布的測定方法，具體為:將含有示蹤元 素的電解液灌注于待測裡離子電池中，采用離子示蹤法測定裡離子電池忍待測部位中示蹤 元素的含量，計算裡離子電池忍待測部位的電解液分布。
[0007] 優選的，裡離子電池忍的待測部位為正極極片、負極極片或電子絕緣膜。
[000引優選的，示蹤元素選自溶解于電解液中、并通過元素檢測設備準確檢測到的元素， 并優選電解液中含有的元素，所述示蹤元素更優選裡元素或鐵元素。
[0009] 優選的，將含有示蹤元素的電解液灌注于待測裡離子電池中后，將電池制作到待 充電前;在測定前，拆解裡離子電池，取裡離子電池忍的待測部位。
[0010] 優選的，在測定時，將待檢測部位平均分為η個區域，η為大于1的整數，采用離子示 蹤法測定所述裡離子電池忍中待測部位中每個區域的示蹤元素的含量，計算出待測部位每 個區域的電解液吸收量和電解液實際分布量，電解液分布差值通過計算電解液實際分布量 與電解液理論吸收量之差得到。
[00川優選的，
[0012] 電解液吸收量的計算公式為:m=MXCi/C2;
[0013] 電解液實際分布量的計算公式為:F=m/S;
[0014] 其中:m為電解液吸收量，待測部位各區域的重量為M，Ci為待測部位各區域示蹤元 素的含量測試值，C2為電解液中示蹤元素的濃度，待測部位各區域的面積為S;
[0015] 所述電解液理論吸收量為待測部位的孔隙完全被電解液填充后的電解液量。
[0016] 其中，面積的單位是cm2,重量的單位是mg。
[0017] 優選的，采用離子示蹤法測定示蹤元素含量的設備選自電感禪合等離子體原子發 射光譜儀。
[0018] 優選的，裡離子電池忍的外殼選自金屬或非金屬殼，優選鋼殼或侶殼。
[0019] 優選的，電池忍的正極極片和負極極片選自與裡離子嵌脫的活性材料，分別獨立 的優選為 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、軟碳、硬碳或合金中的至少一種；其中，a+b+c = l，d+e+f=l;電子絕緣膜選自導離子 且不導電子的膜片，電子絕緣膜的材質選自PE、PP、PET或其衍生物中的至少一種。
[0020] 優選的，含有示蹤元素的電解液中含有環狀碳酸醋、鏈狀碳酸醋中的至少一種；電 解液中含有裡鹽，裡鹽選自六氣憐酸裡化iPFs)、六氣合神(V)酸裡化iAsFs)、四氣棚酸裡 化iBF4)、雙草酸棚酸裡化iBOB)、草酸二氣棚酸裡化iBC2〇4F2)中的至少一種;裡鹽的濃度為 0.6M~2M。
[0021] 本發明的有益效果為：
[0022] 本發明找到一種簡單易行的方法，可W跟蹤表征出電解液在電池正負極膜片W及 電子絕緣膜上的分布量情況。本發明一方面可W預測不同尺寸或不同材料的電池的電解液 的灌注量，能保證電池中灌注經濟、足夠的電解液量。另一方面，可W使用本發明的方法對 電池中正負極片上各部分的電解液量的吸收的分布跟蹤，對預測電池性能如電池拆解后的 析裡情況有指導意義。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明實施例1負極極片取樣跟蹤區域；
[0024] 圖2為本發明實施例1采用ICP測試負極各區域示蹤元素(裡元素)的含量；
[0025] 圖3為本發明實施例1根據各區域示蹤元素含量算出電解液吸收量；
[0026] 圖4為本發明實施例2負極極片取樣跟蹤區域。
[0027] 下面結合附圖和【具體實施方式】，詳細說明本發明提供的測定裡離子電池忍中電解 液分布的離子示蹤法，對本發明不構成任何限制。
【具體實施方式】
[00%] -種裡離子電池忍中電解液分布的測定方法，具體包括W下步驟：
[0029] 1.準備含示蹤元素的電解液：在需要灌注的電解液中加入定量能溶解的示蹤元 素;示蹤元素可W是另外加入電解液的元素也可W是電解液自身具有的元素，只要能均勻 分散于電解液中、并被元素檢測設備定量檢測出即可;優選裡元素或鐵元素；
[0030] 2.注液:在需要跟蹤電解液分布的電池中灌注含有示蹤元素的電解液，按照正常 的電池加工工序將電池制作到待充電前；電池可W是鋼殼、侶殼或其它具有一定機械強度 的金屬或非金屬殼；
[0031] 3.取樣:拆解電池，取正極極片、負極極片或電子絕緣膜的樣品；
[0032] 4.測試:通過元素檢測設備定量表征各區域樣品示蹤元素的含量，根據示蹤元素 在電解液中的濃度計算出各區域樣品的電解液吸收量；
[0033] 定量檢測元素設備可W是電感禪合等離子體原子發射光譜儀(ICP)或離子色譜儀 (1C)或者其它可W準確定量檢測到示蹤元素的設備。
[0034] 本發明中示蹤元素的選擇，只要能均勻分散于電解液中、并被元素檢測設備定量 檢測出即可;并且最大加入量不能超過電解液對示蹤元素的完全溶解量。金屬元素和非金 屬元素都可W作為示蹤元素進行檢測；具體可列舉的實例為裡元素、鐵元素、鉆元素、儘元 素、鐵元素、儀元素、裡元素、氣元素、憐元素、侶元素等等，并優選裡元素、憐元素、鐵元素。 優選裡元素、憐元素、鐵元素的原因是:材料易得、方便溶入電解液制備含該示蹤離子的電 解液。
[0035] 優選地，將待檢測部位平均分為η個區域，η為大于1的整數;可橫向平均分為η個條 帶，或縱向分為η個條帶，或橫向、縱向都均分，形成為η2個塊狀區域;采用離子示蹤法測定 所述裡離子電池忍中待測部位中每個區域的示蹤元素的含量，計算出待測部位每個區域的 電解液吸收量和電解液實際分布量，電解液分布差值通過計算電解液實際分布量與電解液 理論吸收量之差得到。
[0036] 電解液吸收量的計算公式為:m=M X C1/C2;
[0037] 電解液實際分布量的計算公式為:F=m/S;
[0038] 其中:m為電解液吸收量，待測部位各區域的重量為M，Ci為待測部位各區域示蹤元 素的含量測試值，C2為電解液中示蹤元素的濃度，待測部位各區域的面積為S;
[0039] 電解液理論吸收量為待測部位的孔隙完全被電解液填充后的電解液量。
[0040] 具體計算方法為:通過孔隙率測試儀器測得負極極片的孔隙率P%，負極各部分極 片的體積V通過長L，寬W，厚的十算得到V = L X W X H，查得電解液的密度為D，則負極各部分極 片的理論吸收量= VXP% XD/S。
[0041] 其中，長度的單位是cm,面積的單位是cm2,體積的單位是cm3,重量的單位是mg，密 度的單位是mg/cm3。
[0042] 在本發明中，電池忍的正極極片和負極極片選自與裡離子嵌脫的活性材料，正極 極片和負極極片的活性材料分別獨立的選自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、軟碳、硬碳或合金中的至少一種；其中，a+b+c =1，d+e+f = 1;
[0043] 電子絕緣膜選自導離子且不導電子的膜片，電子絕緣膜的材質選自PE、PP、PET或 其衍生物中的至少一種。
[0044] 含有示蹤元素的電解液中含有環狀碳酸醋、鏈狀碳酸醋中的至少一種；
[0045] 電解液中含有裡鹽，裡鹽選自11口尸6、^43尸6、^8尸4、^808、^8〔2〇4尸2中的至少一 種;裡鹽的濃度為0.6M~2M。
[0046] 實施例1裡離子電池忍中負極極片上電解液分布的測定
[0047] 1、準備兩組(實驗組與對照組)型號為V0D5N0的未注電解液電池(長為220mm，寬為 135mm，厚為29mm，鋼殼），其中電子絕緣膜使用表面陶瓷處理的聚乙締膜;正極極片活性材 料為LiFeP〇4;負極極片的活性材料為石墨;含有示蹤元素的電解液配方為鏈狀碳酸醋，其 中裡鹽為1M LiPFs。
[OO4引2、按正常電池加工工序注入含有Imol/L六氣憐酸裡鹽電解液3