GBT 23365-2023 鈷酸鋰電化學(xué)性能測試 首次放電比容量及首次充放電效率測試方法

鈷酸鋰電化學(xué)性能測試首次放電比容量及首次充放電效率測試方法2023-09-07發(fā)布2024-04-01實(shí)施國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)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。本文件代替GB/T23365—2009《鈷酸鋰電化學(xué)性能測試首次放電比容量及首次充放電效率測試方法》。與GB/T23365—2009相比，除結(jié)構(gòu)調(diào)整和編輯性改動(dòng)外，主要技術(shù)變化如下：a)更改了適用范圍(見第1章，2009年版的第1章);b)更改了“粘結(jié)劑”“鋰離子電池隔膜”“鋁箔”"金屬鋰片""鋰離子電池用電解液"的要求(見5.3、c)增加了“真空烘箱”“干燥器”“烘箱""電子天平""測厚儀""輥壓機(jī)""絕緣鑷子""移液槍""扣式要求(見6.3、2009年版的3.4);e)更改了"正極片制備""電池組裝""電池測試"的要求(見7.2～7.4,2009年版的4.1～4.3);f)增加了計(jì)算結(jié)果精度要求“計(jì)算結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后一位”(見8.1、8.2);g)增加了“允許差”(見第9章)。請(qǐng)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(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)提出。本文件由全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC243)歸口。本文件起草單位：天津國安盟固利新材料科技股份有限公司、北京當(dāng)升材料科技股份有限公司、成都巴莫科技有限責(zé)任公司、湖南長遠(yuǎn)鋰科新能源有限公司、廣東邦普循環(huán)科技有限公司、廈門廈鎢新能源材料股份有限公司、江門市科恒實(shí)業(yè)股份有限公司、巴斯夫杉杉電池材料有限公司、寧德新能源科技有限公司、天津力神電池股份有限公司、湖南中偉新能源科技有限公司、格林美(無錫)能源材料有限公司、湖北萬潤新能源科技股份有限公司、深圳市沃爾德新能源有限公司、深圳天邦達(dá)科技有限公司、北京盟固利新材料科技有限公司。本文件主要起草人：凌仕剛、朱衛(wèi)泉、魏蕾、李文強(qiáng)、陳彥彬、劉亞飛、岳云飛、段寧、朱健、喬凡、本文件于2009年首次發(fā)布，本次為第一次修訂。1鈷酸鋰電化學(xué)性能測試首次放電比容量及首次充放電效率測試方法1范圍本文件描述了鋰離子電池正極材料鈷酸鋰首次放電比容量及首次充放電效率的測試方法。本文件適用于鋰離子電池正極材料鈷酸鋰首次放電比容量及首次充放電效率的測試，其他鋰離子電池正極材料首次放電比容量及首次充放電效率的測試可參考本文件。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(duì)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/T8170數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定3術(shù)語和定義本文件沒有需要界定的術(shù)語和定義。4試驗(yàn)條件本文件所規(guī)定的各項(xiàng)試驗(yàn)步驟，未做特別說明時(shí)，宜在干燥間(環(huán)境露點(diǎn)溫度不大于一20℃)中進(jìn)行；對(duì)無干燥間試驗(yàn)條件情形，各試驗(yàn)步驟應(yīng)在相對(duì)濕度不大于40%,溫度20℃~30℃的環(huán)境條件下進(jìn)行。5試劑或材料5.2導(dǎo)電劑：乙炔黑或?qū)щ娞亢凇?.3粘結(jié)劑：聚偏二氟乙烯(PVDF),電池級(jí)，相對(duì)分子質(zhì)量不小于5×10?,水分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))不大于0.10%5.4鋰離子電池隔膜：聚烯烴多孔膜，孔隙率35.0%～60.0%,平均孔徑不大于1.0μm,直徑為16mm～22mm,厚度為9.0μm～25.0μm。5.5扣式電池標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)件：常用型號(hào)CR2016、CR2025、CR2032或CR2430,包含正極殼、負(fù)極殼、墊片、彈簧支撐片或泡沫鎳片。5.8N-甲基吡咯烷酮(NMP):電池級(jí)，純度不小于99.9%,水分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))不大于0.02%。5.9金屬鋰片：直徑為14mm～18mm,厚度為0.40mm～0.80mm。25.10鋰離子電池用電解液：由電池級(jí)六氟磷酸鋰(LiPFg)溶于有機(jī)溶劑中制成，水分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))不大于0.002%,游離酸(HF)含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))不大于0.005%。6儀器設(shè)備6.2干燥器：內(nèi)盛適當(dāng)?shù)母稍飫?如變色硅膠、五氧化二磷等)。6.3惰性氣氛(氬氣)手套箱：水分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、氧含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))均不大于0.0001%。6.4電子天平：顯示分度值0.0001g。6.5分散攪拌機(jī)。6.6小型涂布機(jī)或涂膜器。6.8沖片機(jī)。6.9電子天平：顯示分度值0.00001g。6.10測厚儀：分辨率1μm。6.11輥壓機(jī)：扣式鋰電池專用。6.12絕緣鑷子。6.14扣式電池封裝機(jī)。6.16鋰離子電池電化學(xué)性能測試儀：電壓和電流精度不小于量程的0.1%。7試驗(yàn)步驟7.1試劑或材料預(yù)處理7.1.1正極活性物質(zhì)(5.1)、導(dǎo)電劑(5.2)、粘結(jié)劑(5.3):放入真空烘箱(6.1)內(nèi)，在85℃~120℃條件下烘烤4h～20h,置入干燥器(6.2)中冷卻至室溫。7.1.2鋰離子電池隔膜(5.4)放入真空烘箱(6.1)內(nèi)，在60℃~90℃條件下烘烤4h～8h,取出后轉(zhuǎn)移至惰性氣氛(氬氣)手套箱(6.3)中進(jìn)行存放。7.1.3用無水乙醇(5.6)對(duì)扣式電池標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)件(5.5)進(jìn)行超聲清洗，清洗3次，每次30min,操作完畢后，取出扣式電池標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)件(5.5)放置于真空烘箱(6.1)內(nèi)，在90℃條件下烘烤15h,隨后轉(zhuǎn)移至惰性氣氛(氬氣)手套箱(6.3)中進(jìn)行存放。7.1.4采用無水乙醇(5.6)對(duì)鋁箔(5.7)進(jìn)行擦拭清潔處理。7.2正極片制備稱取7.1.1中預(yù)處理后的正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的總量為5.0g～30.0g,三者的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為90%～98%:1%～5%:1%～5%,用電子天平(6.4)稱量；NMP(5.8)的質(zhì)量為固含量的50%~80%,用電子天平(6.4)稱量。將稱量的NMP加入到分散攪拌機(jī)(6.5)下的攪拌罐中，加入稱量的粘結(jié)劑，分散攪拌直至粘結(jié)劑3GB/T23365—2023完全溶解，配成無色透明膠液。將稱量的導(dǎo)電劑加入到上述無色透明膠液中，進(jìn)行混合攪拌。緩慢加入稱量的活性物質(zhì)，分散攪拌均勻，使各種物料均勻混合。用小型涂布機(jī)或涂膜器(6.6)將7.2.2中混合后的正極漿料涂覆在鋁箔(見7.1.4)的一面上，應(yīng)控制正極片涂覆制備過程，使其均勻分布在鋁箔上。將涂覆后的正極片放入烘箱(6.7)中，100℃~120℃條件下烘烤0.5h～3h。取7.2.3中烘烤后的正極片，采用沖片機(jī)(6.8)沖出面積為S的極片，用電子天平(6.9)測量正極片的質(zhì)量，計(jì)為m。。取7.1.4中處理后的鋁箔，采用沖片機(jī)(6.8)沖出面積為S的鋁箔基片，用電子天平(6.9)、測厚儀(6.10)分別測量鋁箔基片的質(zhì)量(ma)、厚度(da)。極片壓實(shí)密度p。按3.4g/cm3~4.2g/cm3的要求設(shè)計(jì)，計(jì)算極片設(shè)計(jì)厚度de。極片設(shè)計(jì)厚度d.按公式(1)計(jì)算：mn——鋁箔基片質(zhì)量，單位為克(g);S——極片面積，單位為平方厘米(cm2);p?！獦O片壓實(shí)密度，單位為克每立方厘米(g/cm3);用輥壓機(jī)(6.11)對(duì)7.2.3中烘烤后的極片進(jìn)行輥壓，輥壓至極片設(shè)計(jì)厚度d。。取7.2.4中輥壓后的極片，采用沖片機(jī)(6.8)沖出直徑不大于鋰離子電池隔膜(見7.1.2)的正極片，放入真空烘箱(6.1)中，在80℃~120℃條件下烘烤8h～12h,去除痕量殘留溶劑。烘烤結(jié)束后，取正極片中活性物質(zhì)鈷酸鋰的質(zhì)量按公式(2)計(jì)算：m=(m.—mal)×w………(2)m——正極片中活性物質(zhì)鈷酸鋰的質(zhì)量，單位為克(g);m?！龢O片質(zhì)量，單位為克(g);mai——鋁箔基片質(zhì)量，單位為克(g);w——正極片中活性物質(zhì)鈷酸鋰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。計(jì)算正極片中活性物質(zhì)鈷酸鋰的質(zhì)量m,并編號(hào)記錄，隨后將正極片轉(zhuǎn)移至惰性氣氛(氬氣)手套注：本文件正極片中活性物質(zhì)鈷酸鋰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為正極活性物質(zhì)鈷酸鋰與正極活性物質(zhì)鈷酸鋰、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑之和的比值。7.3試驗(yàn)電池組裝試驗(yàn)電池組裝應(yīng)在惰性氣氛(氬氣)手套箱(6.3)中進(jìn)行。組裝工藝可參考下述步驟：4GB/T23365—2023a)負(fù)極殼開口向上，平整的置于水平臺(tái)面上；b)用絕緣鑷子(6.12)夾取金屬鋰片(5.9)置于負(fù)極殼，與負(fù)極殼平面接觸并平整的處于負(fù)極殼c)用絕緣鑷子(6.12)夾取鋰離子電池隔膜(見7.1.2),使其完全覆蓋金屬鋰片并居中；e)用絕緣鑷子(6.12)夾取7.2.5中制備的正極片放置于鋰離子電池隔膜(見7.1.2)正中間位置；f)用移液槍(6.13)取50μL～200μL鋰離子電池用電解液(5.10)注入到含有墊片、彈簧支撐片或泡沫鎳片、正極片、鋰離子電池隔膜及金屬鋰片的負(fù)極殼中；g)用絕緣鑷子(6.12)依次夾取墊片、彈簧支撐片或泡沫鎳片放置于正極片上，并確保墊片、彈簧支撐片與正極片三者居中對(duì)齊；h)用絕緣鑷子(6.12)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)(6.14)上，扣壓封裝；j)用無塵紙擦拭泄漏在扣式電池殼外的電解液；k)對(duì)組裝的試驗(yàn)電池逐一編號(hào)并做記錄。上述步驟a)～h)也可反向操作，先放置正極殼，再分別放置正極片、鋰離子電池隔膜、金屬鋰片、墊7.4試驗(yàn)電池測試將制作的試驗(yàn)電池放入恒溫箱(6.15),溫度控制在25℃±1℃,靜置4h～12h后，采用鋰離子電池電化學(xué)性能測試儀(6.16)測試，可參考下述流程進(jìn)行充放電測試：a)恒流充電至充電限制電壓(電池測試充放電參數(shù)見表1);b)恒壓充電至截止電流為0.01C～0.05C;注：C為電池1h放電率額定容量，0.01C為100h放電倍率對(duì)應(yīng)的電流數(shù)值，0.05C為20h放電倍率對(duì)應(yīng)的電流數(shù)值。c)擱置5min～10min;d)恒流放電至放電終止電壓(電池測試充放電參數(shù)見表1)。恒流充放電電流為0.1C(0.1C為10h放電倍率對(duì)應(yīng)的電流數(shù)值),其數(shù)值可參考公式(3)計(jì)算：式中：I?——恒流充放電電流，單位為毫安(mA);m——正極片中活性物質(zhì)鈷酸鋰的質(zhì)量，單位為克(g);C?——不同使用工況電壓的鈷酸鋰比容量(見表1),單位為毫安時(shí)每克(mA·h/g);C?——1h倍率，單位為每時(shí)(h-1)。表1電池測試充放電參數(shù)使用工況電壓/V4.204.354.404.454.484.504.534.554.60充電限制電壓/V4.254.404.454.504.534.554.584.604.65放電終止電壓/VC?/(mA·h/g)207±2224±27.5數(shù)據(jù)記錄試驗(yàn)電池充放電循環(huán)一周后，記錄充放電容量。5GB/T23365—20238試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理8.1首次放電比容量鈷酸鋰的首次放電比容量按公式(4)計(jì)算：C——首次放電比容量，單位為毫安時(shí)每克(mA·h/g);Qm——首次放電容量，單位為毫安時(shí)(mm——正極片中活性物質(zhì)鈷酸鋰的質(zhì)量，單位為克(g)。計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位，數(shù)值修約按照GB/T8170的規(guī)定進(jìn)行。8.2首次充放電效率鈷