GB/T 43092-2023 鋰離子電池正極材料電化學性能測試 高溫性能測試方法（正式版）

ICS77.160鋰離子電池正極材料電化學性能測試高溫性能測試方法國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T43092—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(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)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。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準化技術(shù)委員會(SAC/TC243)歸口。本文件起草單位：北京當升材料科技股份有限公司、巴斯夫杉杉電池材料有限公司、廣東邦普循環(huán)科技有限公司、天津國安盟固利新材料科技股份有限公司、蜂巢能源科技(無錫)有限公司、當升科技(常州)新材料有限公司、湖南長遠鋰科新能源有限公司、寧波容百新能源科技股份有限公司、中偉新材料股份有限公司、格林美(無錫)能源材料有限公司、天津市捷威動力工業(yè)有限公司、北京泰豐先行新能源科技有限公司、廣西壯族自治區(qū)分析測試研究中心、合肥國軒電池材料有限公司、湖北萬潤新能源科技股份有限公司、東莞新能源科技有限公司、廈門廈鎢新能源材料股份有限公司、天津巴莫科技有限責任公司、曲靖市德方納米科技有限公司、青島乾運高科新材料股份有限公司、池州西恩新材料科技有限公司。ⅡGB/T43092—2023源汽車和儲能等領(lǐng)域得到大規(guī)模應用。鋰離子電池的實際使用狀況復雜，經(jīng)常在較長時間處于高溫狀態(tài)，一方面鋰離子電池受使用或者存儲的環(huán)境影響，比如夏季暴曬后電動汽車電池的溫度可達60℃以影響鋰離子電池高溫性能的因素眾多，其中正極材料的高溫電化學性能占據(jù)主導因素。在高溫條鋰離子電池性能衰退。正極材料的高溫電化學性能可以通過對鋰離子電池的高溫存儲厚度鼓脹率、高本文件的制定為行業(yè)內(nèi)鋰離子電池正極材料高溫電化學性能的測試評價提供了重要依據(jù)，對提高具有重要作用。1GB/T43092—2023鋰離子電池正極材料電化學性能測試高溫性能測試方法1范圍本文件規(guī)定了鋰離子電池正極材料高溫電化學性能測試方法，包括高溫存儲測試和高溫循環(huán)測試。材料高溫電化學性能測試。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/T2900.1—2008電工術(shù)語基本術(shù)語GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定GB/T20252—2014鈷酸鋰GB/T31484—2015電動汽車用動力蓄電池循環(huán)壽命要求及試驗方法GB/T2900.1—2008、GB/T20252—2014和GB/T31484—2015界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1充放電chargeanddischarge以規(guī)定的電流充電至限制電壓，轉(zhuǎn)恒壓充電；靜置一段時間，以規(guī)定的電流放電至終止電壓的過程。4符號下列符號適用于本文件：C:電池1h放電率額定容量；1C:1h放電倍率對應的電流數(shù)值；0.5C:2h放電倍率對應的電流數(shù)值；0.33C:3h放電倍率對應的電流數(shù)值；0.2C:5h放電倍率對應的電流數(shù)值；0.1C:10h放電倍率對應的電流數(shù)值；0.02C:50h放電倍率對應的電流數(shù)值；0.01C:100h放電倍率對應的電流數(shù)值；0.05C:20h放電倍率對應的電流數(shù)值。2GB/T43092—20235扣式半電池高溫性能測試方法5.1試劑和材料5.1.3正極粘結(jié)劑：聚偏二氟乙烯(PVDF)5.1.4正極溶劑：N-甲基吡咯烷酮(NMP),電池級，純度不小于99.9%,水分含量不大于0.02%。5.1.7隔膜：聚烯烴多孔膜，孔隙率為30.0%～65.0%,透氣率為200s/100mL～800s/100mL,厚度孔隙率不小于80%,吸液率不小于300%。酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)等]、添加劑組成，水分含量不大于0.002%,氫氟酸含量不大于0.005%。5.1.10扣式電池殼及部件：正極殼、負極鋼或者316不銹鋼。5.2.2攪拌機。5.2.4高溫烘箱：溫控范圍為室溫至250℃。5.2.9真空烘箱：溫控范圍為室溫至250℃,真空度不大于一0.15.2.12鋰離子電池電化學性能測試儀：電壓量程為5V,電流量程為5mA～20mA,電壓和電流精度不小于量程的0.1%。制備過程環(huán)境露點應不大于-20℃。配方中正極材料(5.1.1)的質(zhì)量分數(shù)為90%～98%,導電劑(5.1.2)的質(zhì)量分數(shù)為1%～5%,正極粘結(jié)劑(5.1.3)的質(zhì)量分數(shù)為1%～5%。正極材料(5.1.1)、導電劑將其與正極溶劑(5.1.4)混合制備成固含量為40%～75%的漿料。漿料用小型涂布機或刮刀(5.2.3)均3GB/T43092—2023正極材料分類極片壓實密度充電限制電壓V放電終止電壓V鈷酸鋰能量型4.35V3.8～4.34.40能量型4.4V3.8～4.34.45能量型4.45V3.8～4.34.50倍率型4.2V3.2～3.84.30倍率型4.4V3.2～3.84.45鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰團聚型3.0～3.74.30單晶型3.2～3.84.40磷酸鐵鋰2.0～2.82.00錳酸鋰2.4～3.24.30富鋰錳基2.4～3.24.602.005.4.1.1制作的電池靜置6h后，放置于25℃±1℃的環(huán)境中，使用鋰離子電池電化學性能測試儀f)恒流充電：電流1C,恒流充電至限制電壓；k)以f)～j)循環(huán)2次；1)恒流充電：電流1C,恒流充電至限制電壓；4注：不同材料充電限制電壓和放電終止電壓參見表1。5.4.1.2電池常溫靜置4h后，使用電壓測試儀(5.2.13)測試電壓，放入高溫環(huán)境靜置一定時間(推薦靜置條件為60℃,7d)。存儲結(jié)束后將電池取出常溫靜置4h,測試電池電壓，可參考下述流程進行充放電測試：a)恒流放電：電流1C,恒流放電至終止電壓；c)恒流充電：電流1C,恒流充電至限制電壓；d)恒壓充電：終止電流0.01C;f)恒流放電：電流1C,恒流放電至終止電壓；注：不同材料充電限制電壓和放電終止電壓參見表1。5.4.2高溫循環(huán)測試制作的電池在高溫環(huán)境(推薦45℃±1℃)靜置4h,于上述高溫環(huán)境下參考下述流程進行充放電測試：a)恒流充電：電流0.1C,恒流充電至限制電壓；b)恒壓充電：終止電流0.01C;d)恒流放電：電流0.1C,恒流放電至終止電壓；f)恒流充電：電流1C,恒流充電至限制電壓；g)恒壓充電：終止電流0.01C;i)恒流放電：電流1C,恒流放電至終止電壓；k)以f)～j)循環(huán)(推薦循環(huán)測試80次)。5.5扣式半電池的數(shù)據(jù)處理5.5.1扣式半電池的高溫存儲電壓衰減率ηc——高溫存儲電壓衰減率，單位為毫伏特每天(mV/d);Uc?———高溫存儲前電壓，單位為伏特(V);Uc?———高溫存儲后電壓，單位為伏特(V);tc———高溫存儲時間，單位為天(d)。5.5.2扣式半電池的高溫存儲容量保持率55GB/T43092—2023式中：Qes?———高溫存儲后第1次放電容量，單位為毫安時(mA·h);Qs?—--—高溫存儲前最后1次放電容量，單位為毫安時(mA·h)。5.5.3扣式半電池的高溫存儲容量恢復率 (3)式中：Qcs?——高溫存儲后放電容量最高值，單位為毫安時(mA·h);Qcs?———高溫存儲前最后1次放電容量，單位為毫安時(mA·h)。5.5.4扣式半電池的高溫循環(huán)容量保持率 (4)式中：Qccn——高溫循環(huán)第n次放電容量，單位為毫安時(mA·h);Qcc?——高溫循環(huán)第1次放電容量，單位為毫安時(mA·h)。6軟包全電池高溫性能測試方法6.1試劑和材料6.1.3正極粘結(jié)劑：聚偏二氟乙烯(PVDF),電池級，重均分子量不小于600000。6.1.4正極溶劑：N-甲基吡咯烷酮(NMP),電池級，純度不小于99.9%,水分含量不大于0.02%。比容量不小于320mA·h/g,首次充放電效率不小于88%。6.1.8負極分散劑：羧甲基纖維素鈉(CMC),電池級，主含量不小于99%。6.1.9負極粘結(jié)劑：丁苯橡膠乳液(SBR),電池級，固含量為40%～55%,pH=6～7。6.1.13隔膜：聚烯烴多孔膜，孔隙率為30.0%～65.0%,厚度為5pm～25μm。6.1.14高溫膠帶。6.1.15終止膠帶。6GB/T43092—20236.1.17電解液：由六氟磷酸鋰(LiPF?)、混合碳酸酯有機溶劑[碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)等]、添加劑組成，水分含量不大于0.002%,氫氟酸含量不大于0.005%。6.2.1真空烘箱：溫控范圍為室溫至250℃,真空度不大于一0.1MPa。6.2.3高溫烘箱：溫控范圍室溫至250℃。6.2.4真空攪拌機。6.2.10正極超聲波焊接機。6.2.12卷繞機或疊片機。6.2.13平壓機。6.2.14鋁塑膜成型機。6.2.15頂側(cè)封口機。6.2.18真空靜置箱。6.2.19真空預封機。6.2.20鋰離子電池電化學性能測試儀：電壓和電流精度不小于量程的0.1%。6.2.21真空二封機。6.2.24內(nèi)阻測試儀。制備過程環(huán)境露點應不大于-20℃。配方中正極材料的質(zhì)量分數(shù)為90%～98%,導電劑質(zhì)量分數(shù)為1%～5%,正極粘結(jié)劑質(zhì)量分數(shù)為1%～5%。40%～75%的正極漿料，使用涂布機(6.2.5)將正極漿料涂覆到正極集流體(6.1.5)上并烘干。嚴格控制7GB/T43092—2023制備過程環(huán)境露點應不大于-20℃。配方中負極材料(6.1.7)的質(zhì)量分數(shù)為95%～97%;導電劑(6.1.2)質(zhì)量分數(shù)為0.5%～1%;負極分散劑(6.1.8)質(zhì)量分數(shù)為1.0%～1.5%;負極粘結(jié)劑(6.1.9)質(zhì)量分數(shù)為1.5%～2.5%。將負極材料、導電劑、CMC、SBR、負極溶劑(6.1.10)制備成固含量40%～60%的負極漿料，使用涂布機(6.2.5)將負極漿料涂覆到負極集流體(6.1.11)上并烘干。嚴格控制勻漿和涂覆電池組裝環(huán)境露點應不大于-20℃。卷繞電芯制備方法：正極片(見6.3.2)和負極片(見6.3.3)分別使用正極超聲波焊接機(6.2.10)和負極超聲波焊接機(6.2.11)進行極耳焊接，使用卷繞機或疊片機使用鋁塑膜成型機(6.2.14)將鋁塑膜(6.1.16)制成鋁塑殼，將卷繞電芯或者疊片電芯使用平壓機(6.2.1)中烘烤(推薦烘烤制度85℃,36h,每隔4h置換一次干燥氣體),于手套箱(6.2.16)中使用注液6.3.5.1制作好的電池使用夾板夾住，使用鋰離子電池電化學性能測試儀(6.2.20)或者熱壓化成機程進行充放電測試：8GB/T43092—2023表2不同正極材料軟包全電池測試參數(shù)參考范圍正極材料分類極片壓實密度充電限制電壓V放電終止電壓V鈷酸鋰能量型4.35V4.35能量型4.4V4.40能量型4.45V4.45倍率型4.2V4.20倍率型4.4V4.40鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰團聚型4.202.80單晶型4.302.80磷酸鐵鋰2.00錳酸鋰4.20富鋰錳基4.602.00d)恒流放電：1C恒流放電至終止電壓；f)以a)～e)循環(huán)2次；注：不同材料充電限制電壓和放電終止電壓見表2。池體積，使用內(nèi)阻測試儀(6.2.24)測試電池電壓和內(nèi)阻，放入高溫環(huán)境靜置一定時間(推薦測試條件：60℃,7d)。高溫存儲結(jié)束后，保持與高溫存儲相同的溫度熱測電池的厚度或者使用電子固體密度計度或者使用電子固體密度計(6.2.23)冷測電池體積，使用鋰離子電池電化學性能測試儀參考下述流程9GB/T43092—20236.4.2高溫循環(huán)測試分容后的電池放置于高溫環(huán)境(推薦45℃±1℃)靜置4h,于上述高溫環(huán)境下參考下述流程進行充放電測試：a)恒流充電：電流1C,恒流充電至限制電壓；b)恒壓充電：終止電流0.05C;d)恒流放電：1C恒流放電至終止電壓；f)以a)～e)循環(huán)(推薦循環(huán)測試500次)。注：不同材料充電限制電壓和放電終止電壓見表2。6.5軟包全電池的數(shù)據(jù)處理6.5.1軟包全電池的高溫存儲電壓衰減率…………(5)ηF——高溫存儲電壓衰減率，單位為毫伏特每天(mV/d);Uf——高溫存儲前電壓，單位為伏特(V);Uf?——高溫存儲后電壓，單位為伏特(V);tf——高溫存儲時間，單位為天(d)。6.5.2軟包全電池的高溫存儲熱測厚度鼓脹率 (6)式中：Ti?——高溫存儲后電池熱測厚度，單位為毫米(mm);T?——高溫存儲前電池厚度，單位為毫米(mm)。6.5.3軟包全電池的高溫存儲熱測體積鼓脹率 (7)式中：V?——高溫存儲后電池熱測體積，單位為立方厘米(cm3);V——高溫存儲前電池體積，單位為立方厘米(cm3)。6.5.4軟包全電池的高溫存儲冷測厚度鼓脹率GB/T43092—2023式中：T3———高溫存儲后電池冷測厚度，單位為毫米(mm);Ta———高溫存儲前電池厚度，單位為毫米(mm)。6.5.5軟包全電池的高溫存儲冷測體積鼓脹率式中：V高溫存儲后電池冷測體積，單位為立方厘米(cm3);Vf——高溫存儲前電池體積，單位為立方厘米(cm3)。6.5.6軟包全電池的高溫存儲內(nèi)阻增加率………式中：R?——高溫存儲后電池內(nèi)阻，單位為毫歐(mΩ);R———高溫存儲前電池內(nèi)阻，單位為毫歐(mΩ)。6.5.7軟包全電池的高溫存儲容量保持率…………(11)式中：Qfs2——高溫存儲后第1次放電容量，單位為毫安時(mA·h);Qs?——高溫存儲前最后1次放電容量，單位為毫安時(mA·h)。6.5.8軟包全電池的高溫存儲容量恢復率 (12)式中：Qfs3——高溫存儲后放電容量最高值，單位為毫安時(mA·h);Qs——高溫存儲前最后1次放電容量，單位為毫安時(mA·h)。6.5.9軟包全電池的高溫循環(huán)壽命樣品的高溫循環(huán)壽命。GB/T43092—2023Qfc——循環(huán)至第n次的放電容量，單位為毫安時(mA·h);Qf循環(huán)第1次放電容量，單位為毫安時(mA·h)。7試驗結(jié)果的表示計算結(jié)果保留兩位小數(shù)，數(shù)值修約按GB/T8170的規(guī)定執(zhí)行。8