GBT 42161-2022 磷酸鐵鋰電化學(xué)性能測試 首次放電比容量及首次充放電效率測試方法

磷酸鐵鋰電化學(xué)性能測試首次放電比容量及首次充放電效率測試方法2022-12-30發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會提出。本文件由全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC243)歸口。本文件起草單位：西安泰金工業(yè)電化學(xué)技術(shù)有限公司、西北有色金屬研究院、深圳市德方納米科技股份有限公司、合肥國軒高科動力能源有限公司、天津國安盟固利新材料科技股份有限公司、蜂巢能源科技股份有限公司、廣東邦普循環(huán)科技有限公司、西安亞弘泰新能源科技有限公司、貴州中偉興陽儲能科技有限公司、北京當(dāng)升材料科技股份有限公司、湖北萬潤新能源科技股份有限公司、深圳清研裝備科技有限公司、萬華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司、湖南長遠(yuǎn)鋰科股份有限公司、國聯(lián)汽車動力電池研究院有限責(zé)任公司。沈雪玲。1磷酸鐵鋰電化學(xué)性能測試首次放電比容量及首次充放電效率測試方法本文件描述了鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰首次放電比容量及首次充放電效率測試方法。本文件適用于鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰首次放電比容量及首次充放電效率的測試。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T20252—2014鈷酸鋰3術(shù)語和定義GB/T20252—2014界定的術(shù)語和定義適用于本文件。4試驗條件未作特別說明時，各試驗步驟宜在相對濕度不大于40.0%,環(huán)境溫度為20℃~30℃的條件下進(jìn)行。輥壓工序宜在相對濕度不大于30.0%,環(huán)境溫度不大于30℃的條件下進(jìn)行。5試劑和材料5.1磷酸鐵鋰：粒度特征值Ds?為0.5μm～8.0μm,比表面積為6m2/g~30m2/g。5.3聚偏二氟乙烯(PVDF):電池級，重均分子量不小于5×10?,水分不大于0.10%。5.4N-甲基吡咯烷酮(NMP):電池級，純度不小于99.9%,水分不大于0.02%。5.5鋁箔：厚度為8μm～20μm。5.7鋰離子電池隔膜：聚烯烴多孔膜，孔隙率為35.0%～60.0%,透氣率為100s/100mL～500s/100mL,平均孔徑不大于1.0μm,直徑為16.0mm～18.0mm,厚度為9.0μm～32.0μm。5.8金屬鋰片：直徑為12.0mm～16.0mm,厚度為0.40mm～0.80mm。5.9電池標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)件：型號CR2016、CR2025或CR2032,包含正極殼、負(fù)極殼、墊片和彈簧支撐片(或泡沫鎳片)。5.10鋰離子電池電解液：由六氟磷酸鋰(LiPFg)與混合碳酸脂基有機(jī)溶劑[碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二2甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等]組成的鋰離子電池電解液，水分不大于0.002%,游離酸(HF)不大于0.005%,電導(dǎo)率(25℃)不小于7.0mS/cm。5.11無塵紙。5.12氮?dú)?或氬氣):純度(體積分?jǐn)?shù))不小于99.99%。6儀器設(shè)備6.1真空烘箱：0℃~200℃,溫度偏差±2℃。6.2烘箱。6.3電子天平：精度為0.0001g。6.4電子天平：精度為0.00001g。6.5分散攪拌器或合漿機(jī)。6.6鋰離子電池極片小型涂布機(jī)。6.7沖片機(jī)：正極沖片模具直徑為10mm～14mm,隔膜沖片模具直徑為16mm～18mm。6.8臺式數(shù)顯測厚儀：分辨率為1μm。6.9對輥機(jī)：扣式鋰離子電池專用。6.10惰性氣氛(或氬氣)手套箱：水、氧氣含量(體積分?jǐn)?shù))均不大于0.0005%。6.11絕緣鑷子。6.13扣式電池封裝機(jī)。6.14恒溫箱：0℃~60℃,控溫精度±2℃。6.15鋰離子電池電化學(xué)性能測試儀：電流電壓滿量程精度為0.1%。6.16干燥器：內(nèi)盛適當(dāng)?shù)母稍飫?如變色硅膠、五氧化二磷等)。7試驗步驟7.1試劑或材料預(yù)處理7.1.1磷酸鐵鋰(5.1)、導(dǎo)電劑(5.2):放入真空烘箱(6.1)內(nèi)，烘干時抽真空或在氮?dú)?或氬氣)(5.12)氣氛循環(huán)下，于溫度100℃~150℃烘烤2h～20h進(jìn)行干燥，冷卻至室溫后置入干燥器(6.16)中。7.1.2PVDF(5.3):放入真空烘箱(6.1)內(nèi)，烘干時抽真空或在氮?dú)?或氬氣)(5.12)氣氛循環(huán)下，于溫度70℃~90℃烘烤4h～6h進(jìn)行干燥，冷卻至室溫后置入干燥器(6.16)中。7.1.3鋰離子電池隔膜(5.7):放入真空烘箱(6.1)內(nèi)，于溫度50℃~70℃烘烤4h進(jìn)行干燥，取出后轉(zhuǎn)移至惰性氣氛(或氬氣)手套箱(6.10)中進(jìn)行存放。7.1.4電池標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)件(5.9):用乙醇(5.6)對電池標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)件(5.9)進(jìn)行超聲清洗，超聲3次，每次不小于30min,操作完畢后，取出電池標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)件(5.9)放置于烘箱(6.2)內(nèi)，于溫度70℃~120℃烘烤12h～24h進(jìn)行干燥，隨后轉(zhuǎn)移至惰性氣氛(或氬氣)手套箱(6.10)中進(jìn)行存放。7.2正極片制備將7.1中預(yù)處理的磷酸鐵鋰、導(dǎo)電劑和PVDF,按質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為80%～97%、1%～10%、2%~10%計算，用電子天平(6.3)稱量；NMP(5.4)的量按固含量為25%～65%的設(shè)計要求計算，用電子天平3GB/T42161—2022制漿工序如下：a)將稱量的NMP加入到分散攪拌器或合漿機(jī)(6.5)的攪拌罐中，逐步加入稱量的PVDF,分散攪拌直至完全溶解，配成透明膠液，PVDF的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～10%;b)取稱量的導(dǎo)電劑加入到上述透明膠液中，抽真空分散攪拌均勻；c)逐步分次加入稱量的磷酸鐵鋰，抽真空分散攪拌均勻；d)按設(shè)計的固含量補(bǔ)加NMP,漿料黏度控制在3000mPa·s～20000mPa·s,抽真空分散攪拌注：本文件中固含量為正極活性物質(zhì)磷酸鐵鋰、導(dǎo)電劑、PVDF的質(zhì)量占正極漿料質(zhì)量的比值。用鋰離子電池極片小型涂布機(jī)(6.6)將7.2.2中攪拌混合后的正極漿料均勻涂覆在鋁箔(5.5)的一移至真空烘箱(6.1)中進(jìn)行烘干處理，烘干時抽真空或在氮?dú)?或氬氣)(5.12)氣氛循環(huán)下，烘烤溫度控制在90℃~150℃,烘烤時間為0.5h～18h。7.2.4正極片制備取7.2.3中烘干并達(dá)到可加工要求的極片，使用沖片機(jī)(6.7)沖出合適尺寸的正極片，用電子天平(6.4)和臺式數(shù)顯測厚儀(6.8)分別測量正極片的質(zhì)量m。、厚度d。。使用沖片機(jī)(6.7)沖出合適尺寸的鋁箔基片，用電子天平(6.4)和臺式數(shù)顯測厚儀(6.8)分別測量鋁箔基片的質(zhì)量m?、厚度da。試驗電池中活性物質(zhì)磷酸鐵鋰的質(zhì)量按式(1)計算：式中：m——試驗電池中活性物質(zhì)磷酸鐵鋰的質(zhì)量，單位為克(g);m?！龢O片質(zhì)量，單位為克(g);ma——鋁箔基片質(zhì)量，單位為克(g);w——正極配方中活性物質(zhì)磷酸鐵鋰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。正極片壓實密度按式(2)計算：式中：p?！龢O片壓實密度，單位為克每立方厘米(g/cm2);m?！龢O片質(zhì)量，單位為克(g);mA——鋁箔基片質(zhì)量，單位為克(g);φ——正極片直徑，單位為厘米(cm);d。——正極片厚度，單位為厘米(cm);da——鋁箔基片厚度，單位為厘米(cm)。按1.1g/cm3~2.7g/cm3的壓實密度設(shè)計，計算正極片的理論厚度，采用對輥機(jī)(6.9)將7.2.3中烘烤后的正極片輥壓至目標(biāo)厚度，確保極片涂層厚度為40μm～160μm。使用沖片機(jī)(6.7)沖出合適尺寸的正極片，用電子天平(6.4)進(jìn)行稱量，并編號記錄。隨后將正極片轉(zhuǎn)移至真空烘箱(6.1)中進(jìn)行烘干處理，烘干時抽真空或氮?dú)?或氬氣)(5.12)氣氛循環(huán)，烘烤溫度控制在90℃~120℃,烘烤時間為12h~4GB/T42161—202218h,降溫后轉(zhuǎn)移至惰性氣氛(或氬氣)手套箱(6.10)中存放。7.3電池組裝電池組裝應(yīng)在惰性氣氛(或氬氣)手套箱(6.10)中進(jìn)行?？凼诫姵匮b配可參考下列步驟：a)負(fù)極殼開口向上，平整的放于水平臺面上；b)用絕緣鑷子(6.11)夾取金屬鋰片(5.8)置入負(fù)極殼，與負(fù)極殼平面接觸并平整的處于負(fù)極殼正中；c)用絕緣鑷子(6.11)夾取鋰離子電池隔膜(5.7),使其完全覆蓋金屬鋰片并居中；e)用絕緣鑷子(6.11)夾取7.2.4中制備的正極片放置于鋰離子電池隔膜(5.7)正中間位置；f)用絕緣鑷子(6.11)依次夾取墊片和彈簧支撐片放置于正極片上，并確保墊片、彈簧支撐片與正極片三者對齊居中；離子電池隔膜及金屬鋰片的負(fù)極殼中；h)用絕緣鑷子(6.11)夾取正極殼放置于負(fù)極殼上；i)平移到扣式電池封裝機(jī)(6.13)上，扣壓封裝；j)用無塵紙(5.11)擦拭泄露在扣式電池殼外的電解液；k)對組裝的試驗電池逐一編號并做記錄。7.4電池測試將制作的試驗電池放入恒溫箱(6.14),溫度控制在23℃±2℃,靜置2h～12h后，采用鋰離子電池電化學(xué)性能測試儀(6.15)測試，推薦充放電制度如下：a)充電限制電壓：0.1C倍率下，恒流充電至3.75V,然后恒壓充電，恒壓充電截止電流0.05C;b)放電終止電壓：0.1C倍率下，恒流放電至2.0V。注：采用其他充放電制度時，由供需雙方協(xié)商確定。tC倍率下的恒流充放電電流可按式(3)計算：式中：I?——恒流充放電電流，單位為毫安(mA);m——試驗電池中活性物質(zhì)磷酸鐵鋰的質(zhì)量，單位為克(g);C?——磷酸鐵鋰?yán)碚摫热萘繛?70,單位為毫安時每克(mA·h/g);t——1/t完成充電或放電的倍率數(shù)，本文件中為0.1h-1。7.5數(shù)據(jù)記錄試驗電池充放電循環(huán)一周后，記錄充放電容量及對應(yīng)的試驗電池正極片中活性物質(zhì)磷酸鐵鋰的質(zhì)量，計算磷酸鐵鋰的首次放電比容量和首次充放電效率。8試驗數(shù)據(jù)處理8.1首次放電比容量磷酸鐵鋰的首次放電比容量按式(4)計算：5式中：Qim——首次放電容量，單位為毫安時(mA·h);m——試驗電池中活性物質(zhì)磷酸鐵鋰的質(zhì)量，單位為克(g)。計算結(jié)果保留一位小數(shù)。8.2首次充放電效率磷酸鐵鋰的首次充放電效率按式(5)計算：式中：η——首次充放電效率；Qp——首次放電容量，單位為毫安時(mA·h);Qc——首次充電容量，單位為毫安時(mA·h)。計算結(jié)果保留一位小數(shù)。9允許差9.1首次放電比容量允許差0.1C倍率條件下，同一實驗室同一批次電池的首次放電比容量允許差為±1.5mA·h/g