锰酸锂电化学性能测试放电平台容量比率及循环寿命测试方法

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国家标准 GB/T39861一2021 孟酸锂电化学性能测试 放电平台容量比率及循环寿命测试方法 Electroehemiealperformaneetestoflithiummanganeseoxide一 Iestmethodfordlischargeplateaucapaeityratioandeyelelife 2021-03-09发布 2021-10-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/39861一2021 前 言 本文件按照GB/T1.1一2020<标准化工作导则第1部分;标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草 请注意本文件的某些内容可能涉及专利 本文件的发布机构不承担识别专利的责任 本文件由有色金属工业协会提出 本文件由全国有色金属标准化技术委员会(SAC/TC243)归口 本文件起草单位:天津国安盟固利新材料科技股份有限公司、广东邦普循环科技有限公司、中信国 安盟固利电源技术有限公司、湖南长远锂科股份有限公司、北京当升材料科技股份有限公司、西安赛尔 电子材料科技有限公司、湖南杉杉能源科技股份有限公司、广东佳纳能源科技有限公司,清远佳致新材 料研究院有限公司、西北有色金属研究院 本文件主要起草人凌仕刚、王子禄、李长东,余海军,朱卫泉,周春仙、周耀、陈彦彬、刘亚飞、冯庆 吴怡怕芳、李加.陈珍华,张晨、文定说、付海朗,.贾彼、王玉娇
GB/39861一2021 孟酸锂电化学性能测试 放电平台容量比率及循环寿命测试方法 范围 本文件规定了锂离子电池正极材料缸酸锂的放电平台容量比率及循环寿命测试方法 本文件适用于锂离子电池正极材料瞌酸锂放电平台容量比率及循环寿命的测试 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件 GB/T18287移动电话用锂离子蓄电池及蓄电池组总规范 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 固含量solideontent 乳液或涂料在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量分数 试验条件 本文件所规定的各项试验步骤,未做特别说明时,宜在干燥间(环境露点温度<一20C)中进行;对 无干燥间试验条件情形,各试验步骤应在相对湿度<20.0%,温度20C一30C的环境条件下进行 5 试剂或材料 5.1酸锂 -30 5.2导电剂:乙炔黑或炭黑,D.为l.0Mm~ 0m 5.3聚偏二氟乙烯:简称PVDF,电池级,分子量>5×10',旋转黏度>6000mPas,水分<0.10%. 5.4N-甲基毗咯婉酮;简称NMP,电池级,纯度>99.9%,水分<0.02% 5.5铝箱;厚度为12m~201 4ma 0.1 5.6正极极耳(正极端子);材质为铝,长74.0mm士1.0mm,宽6.0mm士 mm,厚0.1mm士 0,01mm,带极耳胶 5.7乙醇:工业级 5.8锂离子电池隔膜;聚烯姬多孔膜,孔隙率35.0%60.0%,透气率300s/100ml700s/100mlL 25.0丛m 平均孔径<1.0m,幅宽60mm士1.0mm,厚度9.0m 22.0 5.9人造石墨负极:D.0为10.0Mm m,首次放电比容量>340.0mAh/g首次充放电
GB/T39861一2021 效率>90.0% 5.10梭甲基纤维素钠;简称CMC,主含量>99.5%,分子量65×10 5.11丁苯橡胶乳液;水溶性粘结剂,简称SBR,锂电池专用,固含量为35%52%,黏度为80mPa s 一400mPas,pH值为6.0~7.0. 5.12去离子水;二级 5.13铜箱:厚度为6!m12pm mm士0.1mm， 5.14负极极耳(负极端子):材质为镍,长74.0 1士1.0 ,宽6.0 ,厚0.10mm士 mm mm， 0.01 nmm,带有极耳胶 5.15高温胶;长45.0mm士1.0mm,宽10.0mm士0.5mm. 5.16铝塑膜;锂电池专用,厚度120m160Mm,铝塑膜表层涂覆铝箔厚度为30m一404m. 5.17绝缘胶;长53.0mm士1.0mm 5.18氮气;纯度(体积分数)>99.9% 5.19锂离子电池用电解液;由六氟磷酸锂(LiPF,)溶于有机溶剂碳酸乙烯酯Ec、碳酸二甲酯DMc 碳酸甲乙酯EMC体积比为1;1;1)中形成的浓度为1mol/1.的溶液组成,水分<0.0015%,游离酸 HF)<0.003%,密度1.23g/cm士0.02g/cm',色度<50Hazen. 仪器设备 6 电子天平;量程3000g,分度值为0.0g" 6.1 6.2电子天平;量程100g,分度值为0.0001g 6.3烘箱 6.4干燥器 6.5砂磨机 6.6行星搅拌器 6.7涂布机;烘道长>2.0m 6.8真空烘箱 6.9裁片机 6.10软毛刷 6.11可调式分条机 6.12冲片机模具为边长10cm的正方形或直径10cm的圆形 6.13台式数显测厚仪:分辨率1m. 6.14对辐机:锂电池专用 6.15直尺:不锈钢材质,量程100cm,精确到0.5 mm 6.16卷绕机 6.17电池平压机 6.18铝塑膜热封机 6.19超声波焊接机 6.20惰性气氛(氯气)手套箱;水蒸气、氧气含量质量分数)均不大于0.0005% 6.21注液管 6.22注液器;20ml 6.23恒温箱:0C~60C,控制精度0.5C 6.24锂离子电池电化学性能测试仪:6V/2A,控制精度0.1%
GB/39861一2021 试验步骤 7.1试剂和材料预处理 7.1.1缸酸锂(5.1)、导电剂(5.2),聚偏二氟乙烯(5.3),人造石墨负极(5.9);放人烘箱(6.3)内,在100 条件下烘烤15h,后置人干燥器(6.4)中冷却至室温 7.1.2锂离子电池隔膜(5.8);放人真空烘箱(6.8)内,在7595C条件下烘烤4h,取出后转移至惰 性气氛(氯气)手套箱(6.20)中进行存放 7.1.3铝箱(5.5,铜箱(5.13):用乙醇(5.7)对铝箱、铜箔进行擦拭清洁处理 7.2正极片制备 7.2.1称量 酸锂(5.l、导电剂(5.2)、聚偏二氟乙烯(5.3)按其质量分数比为94:3:3计算,用电子天平 6.1)称量;N-甲基毗咯婉酮NMP(5.4)的量按固含量45%55%进行计算,用电子天平(6.1)称量 7.2.2制浆 将称量的NMP(5.4)加人砂磨机(6.5)内的搅拌罐中,逐步加人称量的聚偏二氟乙烯(5.3)进行分 散搅拌,直至完全溶解;随后加人称量的导电剂(5.2)进行分散搅拌,分散均匀后,加人称量的钰酸锂 (5.1)进行分散搅拌,至分散均匀 7.2.3涂覆 采用涂布机(6.7)将搅拌混合后的正极浆料均匀涂覆在铝箱(5.5)两个面上,涂布机(6.7)涂布速率 参数设置为800n mm/min,鼓风烘烤温度设置为130C 控制单面面密度在200g/m'230g/m'范围 内,厚度差异<3"m且正反面面密度偏差<5.0g/m' 涂布完成后,将初步烘干卷绕的正极片转移至 真空烘箱(6.8)中进行二次烘干,烘烤温度控制在110笔120C,烘烤12h,在氮气(5.18)气氛下冷却 7.2.4制备 取7.2.3中烘干并达到可加工要求的极片,使用冲片机(6.12)冲出面积为S 的圆形或正方形正极 片,使用电子天平(6.2、台式数显测厚仪(6.13)对冲出的正极片进行质量测量m、及厚度测量d. 采用冲片机(6.12)冲出面积为s 的铝箔基片,采用电子天平(6.2),台式数显测厚仪(6.13)对铝箱 基片进行质量测量m.及厚度测量dN 正极片压实密度！ 按公式(1)计算 m 一mnAN0 ×10' o =！ 、X S.X D dl 式中: 正极片压实密度,单位为克每立方厘米(g/cm=) p -正极片质量,单位为克(g); 77 铝箔基片质量,单位为克(g); mN -正极片面积,单位为平方厘米(cm); d 正极片厚度,单位为微米Mm); dN -铝箔基片厚度,单位为微米m). 采用对辐机(6.14)对7.2.3中烘烤后的极片进行压,当正极片压实密度达到设计值(一般为
GB/T39861一202 2.4g/cm一3.0g/cm')时,停止锯压,采用裁片机(6.9)对轭压后的正极片进行切边修整,并用软毛刷 6.10)拂去正极片表面异常凸起物及边缘毛刺 采用可调式分条机(6.11)将用软毛刷(6.10)处理过的正极片切至设计宽度w.,用乙醇(5.7)对正极 片沿长度方向靠外侧的活性物质进行擦拭去除,露出铝箔,擦拭区域宽度不小于正极极耳宽度,见图1 采用直尺(6.15)对正极片正反面活性物质覆盖区域进行长度测量,记录为L、La,使用电子天平 6.2)对擦拭处理后的正极片进行称量,并编号记录 在露箱区,采用超声波焊接机(6.19)将正极极耳(5.6)焊接在正极片A面;随后放人真空烘箱(6.8 中 装配前的正极片如图1所示 绝缘胶 正 极 钯 懒 正极活性物质覆盖区域A面 W 箱 eo 铝箱 正极活性物质覆盖区域B面 铝箭 绝缘胶 图1正极片各部件几何结构及尺寸示意图 7.3负极片制备 7.3.1称量 人造石墨负极(5.9)、导电剂(5.2),梭甲基纤维素钠(5,10),丁苯橡胶乳液(5.l1)按其质量分数比为 95:1.5:1.5:2.0计算,用电子天平(6.1)称量;去离子水(5.12)的量按固含量50.0%一60.0%计算,用 电子天平(6.1)称量 7.3.2制浆 将称量的去离子水(5.12)加人行星搅拌器(6.6)内的搅拌罐中,逐步加人称量的梭甲基纤维素钠 (5.10),分散搅拌2h以上直至均匀;加人称量的导电剂(5.2)进行分散搅拌,至分散均匀;加人称量的人 造石墨负极(5.9)进行分散搅拌,最后加人称量的丁苯橡胶乳液(5.11)进行分散搅拌,至分散均匀 7.3.3涂覆 按负极片面容量:正极片面容量>1.1设计,计算负极片单面面密度,控制正反面面密度 偏差<5.0g/em' 用涂布机(6.7)将7.3.2中搅拌混合后的负极浆料均匀涂覆在铜箔(5.13)正反面,涂布机(6.7)涂布 速率参数设置为800mm/min,鼓风烘烤温度设置为90C 涂布完成后,将初步烘干卷绕的负极片转移至真空烘箱(6.8)中进行二次烘干,烘烤温度控制在 100C~110C,烘烤12h,在氮气(5.18)气氛下冷却 7.3.4制备 取7.3.3中烘干并达到可加工要求的极片,使用冲片机(6.12)冲出面积为s 的圆形或正方形负极
GB/T39861一2021 片,使用电子天平(6.2、台式数显测厚仪(6.13)对冲出的负极片进行质量测量m 及厚度测量d. 采用冲片机(6.12)冲出面积为s，的铜箔基片,采用电子天平(6.2),台式数显测厚仪(6.13)对饷箱 基片进行质量测量m及厚度测量dcn 负极片压实密度.按公式(2)计算 m.me 下×1o' "=" l 一dca 式中: 负极片压实密度,单位为克每立方厘米(g/emi'); P 负极片质量,单位为克(g); m. 铜箔基片质量,单位为克(g); mcu 负极片面积,单位为平方厘米(em'); 负极片厚度,单位为微米( Mm); 小. 铜箔基片厚度,单位为微米(4m). dle 按1.45g/en'一1.65g/em'的压实密度设计,计算负极片厚度,采用对锯机(6.14)将7.3.3中二次 烘烤后的极片压至目标厚度 采用裁片机(6.9)对辐压后的负极片进行切边修整 采用软毛刷(6.10)拂去负极片表面异常凸起物及边缘毛刺 采用可调式分条机(6.1ll)将软毛刷(6.10)处理过的负极片切至设计宽度w.,用乙醇(5.7)对负极片 沿长度方向靠外侧活性物质进行擦拭去除.露出铜箱.擦拭区域宽度不小于负极极耳宽度,见图2 采用直尺(6.15)对负极片长度方向活性物质覆盖区域进行长度测量,记录为L,,极片长度设计应 满足LaGB/T39861一202 正极片长度,单位为毫米(mm); Lo 负极片长度,单位为毫米(mm); L0 隔膜长度,单位为毫米(mm). 7.5电池组装 试验电池组装宜按照下述步骤实施 取7.4中裁剪后的隔膜,对折并对齐后套在卷绕机(6.16)的卷针上 a 将7.3.4中的负极片置于对折后的两层隔膜之间并居中对齐; b c 取7.2.4中的正极片置于上述对折后的隔膜上,使正极片、隔膜,负极片三者居中对齐且正极 片活性物质覆盖区完 负极片活性物质覆盖区,随后进行卷绕 全作 d 将卷绕成型的卷芯从卷针上 ,用绝缘胶(5.17)将卷芯的尾部与电池体粘贴在一起; 上取出 e 将卷芯平放在电池平压机(6.17)上加压整平 fD 将整平后的卷芯逐一编号记录,置于真空烘箱(6.8)中,烘箱温度设置为80C,抽真空干燥 24h,烘烤过程中,每间隔4h抽真空补 气饮 用铝塑膜热封机(6.18)将卷芯封装在铝塑膜(5.16)内,其中一侧留有气囊及注液管(6.21); 8 h 将塑封后的电池置于烘箱(6.3)中烘烤10h,烘箱温度设置为80C,烘烤结束后转移至惰性气 氛(氨气)手套箱(6.20)中;在电池的气囊处用注液器(6.22)对准注液管(6.21)注人锂离子电池 电解液(5.19),并用绝缘胶(5.17)密封 将注完锂离子电池电解液(5.19)的试验电池(气囊朝上)搁置24h~36h. 7.6电池化成 取7.5中经搁置的试验电池,置于绝缘夹板中,使用适宜的方式进行固定;随后将带有绝缘夹板的 试验电池放人恒温箱(6.23)中,恒温箱温度设置为45C士1,保温2h一3h 采用锂离子电池电化学性能测试仪(6.24)进行充放电,充放电制度如下: 充电截止电压;4.20V; a b)放电终止电压:3.00V; 第1次循环按0.02C充电4h,0.05C充电4h,0.1C充电2h,0.2C充电至截止电压、恒压充电至 充电电流小于0.05C的要求进行充电,充电完成后静置8h;随后按0.2C放电电流,放电至终止电压 其中,0.1C对应的具体电流数值可参考公式(3)进行计算 I，=m×C× C" 式中: 充放电电流,单位为毫安(mA); -试验电池中活性物质锰酸锂的质量,单位为克(g); n 试验电池中活性物质孟酸锂在半电池中首次放电比容量,单位为毫安时每克(mAh/g); C 1倍率,单位为每小时(h-l). 第2次循环采用0.2C/0.2C制度进行充放电;循环结束后,从恒温箱取出试验电池,使用铝塑膜热 封机(6.18)抽真空二次封口,并剪去多余铝塑膜 7.7电池测试 经化成的试验电池,使用锂离子电池电化学性能测试仪6.24)进行放电平台容量比率及循环寿命 测试,充放电制度如下 充电截止电压:4.20V; a
GB/39861一2021 b)放电终止电压:3.00V; c 充放电电流;按GB/T18287中的规定,采用1C/1C制度分别在25C士1,55C士1C环境 温度下进行充放电循环 7.8数据记录 记录试验电池中活性物质钰酸锂的质量及循环过程中不同循环次数下的充放电容量 其中,第 1次循环放电至终止电压时的放电容量记为Q,第n次循环放电至终止电压时的放电容量记为Q. 试验数据处理 8.1放电平台容量比率的计算 孟酸锂第n次循环的放电平台容量比率按公式(4)计算 Q . P，一 ×100% Q， 式中: P 第n次循环放电平台容量比率; Q. -第"次循环放电至测试要求的电压U(3.60V)时的放电容量,单位为毫安时(mA h) 2 -第次循环放电至终止电压时的放电容量,单位为毫安时(m.Ab Q. 计算结果保留小数点后一位 8.2循环寿命的计算 孟酸锂第n次循环放电容量与第1次循环放电容量之比,按公式(5)计算 Q .(5 ×100% 1 Q 式中 第n次循环放电容量与第1次循环放电容量比率; 7 第"次循环放电容量,单位为毫安时(mAh). Q.， -第1次循环放电容量,单位为毫安时(mAh) Q 孟酸锂的循环寿命按以下方法确定;当刀 >80%,刀.1<80%时的循环次数n,即为测试样品的循 环寿命 9 试验报告 试验报告应包括以下内容: 样品名称及批次; aa 试验结果 b 试验日期 c 本文件没有规定的各种操作; N e 可能影响试验结果的情况 fD 本文件编号

锰酸锂电化学性能测试放电平台容量比率及循环寿命测试方法GB/T39861-2021解析

随着电动汽车和储能市场的不断发展，锰酸锂作为一种重要的正极材料被广泛应用。为了更好地评价锰酸锂正极材料的性能，制定了一项重要的测试标准——GB/T39861-2021，该标准主要涉及锰酸锂电池放电平台容量比率及循环寿命测试方法。

首先，我们来看看什么是放电平台容量比率。放电平台指的是在恒定放电电流下，电池电压保持稳定的时间段。而容量比率则是通过计算不同放电平台的电量差异，得出电池在不同放电平台下的容量和容量衰减特征。这项测试是评估锰酸锂正极材料性能的重要指标之一，也是GB/T39861-2021标准中的核心内容。

其次，我们来了解一下循环寿命测试方法。循环寿命指的是电池在规定条件下完全充放电所能承受的循环次数。循环寿命测试是评价电池性能的重要手段之一。GB/T39861-2021标准中对循环寿命测试的要求包括：采用有效容量（或放电平台容量）为测试结果，测试温度应符合规定，循环周期应根据实际使用情况选择等。

除了以上介绍的两个重点内容外，GB/T39861-2021标准还涉及了一些其他的测试要求，比如测试前的电化学状态控制、测试过程中的电池充放电条件和测试结果的处理等。这些要求都在GB/T39861-2021标准中有详细的说明。

总的来说，GB/T39861-2021标准的发布，对于推进锰酸锂电池的规范化发展具有重要意义。通过严格遵守该标准，可以更准确地评估锰酸锂正极材料的性能，为电动汽车和储能市场的发展提供有力支持。

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