[发明专利]一种随机组合式准单颗粒电极

说明书

技术领域

本发明涉及一种随机组合式准单颗粒电极，具体地说，涉及一种用于测量锂离子电池电极中活性粉末材料电化学行为的随机组合式准单颗粒电极，属于化学电源技术领域。

背景技术

为了提高电池的容量安全以及寿命等性能，对电池电极中活性材料的研究和精确分析是关键的研究内容。其中，电化学分析结果的准确性对于阐明电极活性材料的性能以及活性材料性能与活性材料制备条件、活性材料结构的关系起到至关重要的作用；其中测量电极活性材料发生反应所对应的电压是非常重要的。常识表明，只有当电极活性材料发生反应的电压数值处于电解液的分解电压区间以内时，整体电池的安全性、寿命和充放电效率才可以达到最佳状态。若分析结果误差较大，不仅对于电极极片性能的发挥、电极极片的损坏、电解液的分解（变质）等难以控制，而且对相关整体电池产生问题（如安全性、寿命、效率等）的原因分析也会有不利影响。

为了准确、快速测量电极中活性材料准确的电化学行为，先后出现了粉末微电极（锂离子蓄电池正极材料的快速评价，胡晓宏，艾新平，杨汉西，李升宪，蒋凯，电源技术，2003，27(3)，281--283）、单颗粒微电极（Kinetic Characterization of Single Particles of LiCoO₂ by AC Impedance and Potential Step Methods,K.Dokko,M.Mohamedi,Y.Fujita,T.Itoh,M.Nishizawa,M.Umeda,and I.Uchida,Journal of The Electrochemical Society，2001,148(5)A422-A426）两种技术。从电化学测量原理方面上看，这两种技术的符合共同的精神实质：(1)最大程度减小常规电极极片在电化学测量过程中出现的极化不均匀问题；(2)在被测量活性材料的每个颗粒表面充分实现稳定、完整的球形扩散场。

然而这两种技术在实际应用过程中存在如下一些缺陷：操作技能要求非常高，需要熟练的操作人员来操作；设备条件要求较高，难以在常规实验室中得到普及；得到的电流信号非常低(10^-7～10^-9安培)，容易受到周围信号和噪音的干扰；单颗粒微电极的测量结果还受到被测量粉末颗粒的粒径影响。

发明内容

针对现有技术中单颗粒微电极和粉末微电极存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种随机组合式准单颗粒电极，所述电极便于掌握和操作，要求设备条件较低，测量电流在10^-4～10^-6安培，不容易受到干扰，可达到极化均匀的效果和得到完整、稳定的球形扩散场。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种随机组合式准单颗粒电极，所述电极由活性粉末材料、导电剂和粘结剂粘结在集流体上形成，所述活性粉末材料、导电剂和粘结剂的质量比为1:1～80:0.2～2，活性粉末材料颗粒相互之间的距离是颗粒本身粒径尺寸的8～10倍。

其中，所述活性粉末材料、导电剂、粘结剂和集流体均为锂离子电池电极常规使用的材料，其中，活性粉末材料颗粒的粒径通常为1～4μm。

活性粉末材料可为：钴酸锂（LiCoO₂）、镍酸锂（LiNiO₂）、锂钒氧化物（如LiV₂O₄）、锰酸锂（LiMn₂O₄）、磷酸铁锂（LiFePO₄）、锂锰镍钴复合氧化物（LiMn_xNi_yCo_1-x-yO₂）、硅酸锰锂（Li₂MnSiO₄）、锂锰镍复合氧化物（LiMn_1/2Ni_1/2O₂）、碳负极材料（如硬碳、中间相石墨微碳球）、人工石墨、碳纤维，锡基负极材料、碳纳米管或钛酸锂（Li₄Ti₅O₇）；导电剂可为超级导电炭黑（SUPER-P）；粘结剂可为聚偏氟乙烯（PVDF）；集流体可为铝箔或铜箔。

一种本发明所述随机组合式准单颗粒电极的制备方法，所述制备方法为锂离子电池电极的常规制备方法；所述制备方法可以按如下步骤进行：