本發(fā)明涉及一種材料性能的測定方法，具體涉及一種測定鋰離子電池用ptc材料性能的方法。

背景技術(shù)：

鋰離子電池的安全事故多，是由于大電流、外部短路、過熱、過充電等不當(dāng)使用情況下引發(fā)電池的熱失控，導(dǎo)致電池起火甚至爆炸。提高鋰離子電池使用中的安全性一直是鋰離子電池研究的重大技術(shù)問題。

ptc(positivetemperaturecoefficient)正溫度系數(shù)材料是指材料的電阻值隨溫度的升高而上升的一種熱敏材料，即材料的電阻或者電阻率在某一定的溫度范圍內(nèi)時(shí)基本保持不變或僅有微小量的變化。而當(dāng)溫度達(dá)到材料的某個(gè)特定的轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度(居里溫度)附近時(shí)，材料的電阻率會在幾度或十幾度狹窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生突變，電阻率迅速增大103-109數(shù)量級。ptc熱敏電阻本體溫度的變化可以由流過ptc熱敏電阻的電流來獲得，也可以由外界輸入熱量或者這二者的疊加來獲得。

合適的ptc材料(或者制作成期間)可以裝配到電池內(nèi)部，或者復(fù)合于電池的電極內(nèi)部，可以在電池大電路、短路、過充等導(dǎo)致電池溫度升高時(shí)，降低流經(jīng)電極的電流，起到保護(hù)電池的作用，同時(shí)，電池內(nèi)阻的急速增大引起電端電壓的顯著變化，使電池管理系統(tǒng)盡早啟動保護(hù)，也起到保護(hù)電池的作用。再者，ptc材料在溫度變化導(dǎo)致內(nèi)阻急劇變化時(shí)，ptc材料體積會增大，內(nèi)部可以吸收電池極片外部的電解液，一定程度上也有利于提高電池的安全性，這種基于ptc材料的電池自激發(fā)保護(hù)措施對提高鋰離子儲能電池的安全性具有重要的實(shí)用價(jià)值，ptc材料的應(yīng)用是近年來國內(nèi)外鋰離子電池安全性能改善技術(shù)的主要研究方向之一。

目前針對ptc材料在鋰離子電池中的應(yīng)用研究，主要是某種材料在電池中的應(yīng)用方法以及應(yīng)用后對電池性能的影響，因此需要提供一種測定鋰離子電池用ptc材料性質(zhì)的方法，以為鋰離子電池用ptc材料的選擇提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而提高安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種測定鋰離子電池用ptc材料性能的方法，通過該方法可以準(zhǔn)確選擇出適用于鋰離子電池的ptc材料，既保證了鋰離子電池的電化學(xué)性能，又提高了其安全性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種測定鋰離子電池用ptc材料性能的方法，該方法包括以下步驟：

1)測量ptc材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；

2)測量ptc復(fù)合電極發(fā)生ptc效應(yīng)的溫度；

3)測量ptc復(fù)合電極的鋰離子電池在不同溫度下的電阻；

4)檢測ptc復(fù)合電極的鋰離子電池的電化學(xué)性能和安全性能。

一種測定鋰離子電池用ptc材料性能的方法的第一優(yōu)選方案，測量ptc材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度包括：取ptc材料，用熱重分析儀進(jìn)行測量，測量溫度為室溫到200℃，升溫速率為2-4℃/min，測量氣氛為氮?dú)狻?/p>

一種測定鋰離子電池用ptc材料性能的方法的第二優(yōu)選方案，選擇用于鋰離子電池的ptc材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度范圍為70-130℃。

一種測定鋰離子電池用ptc材料性能的方法的第三優(yōu)選方案，測量ptc復(fù)合電極發(fā)生ptc效應(yīng)的溫度的方法為：

(1)制備復(fù)合電極，復(fù)合電極中導(dǎo)電劑和ptc材料的比例為4:1～9:1，復(fù)合電極的干燥溫度不高于70℃；

(2)將所述復(fù)合電極放在可變溫探針臺上，給探針臺升溫到150℃，升溫速率不超過5℃/min，在開始升溫的同時(shí)，開啟四探針測試儀的電阻測試，記錄復(fù)合電極在升溫過程中的電阻變化及發(fā)生ptc效應(yīng)對應(yīng)的溫度。

一種測定鋰離子電池用ptc材料性能的方法的第四優(yōu)選方案，測量ptc復(fù)合電極的鋰離子電池在不同溫度下的電阻的方法為：

首先測試一下電池在室溫的交流阻抗，然后開始升溫，升溫后的測試溫度從50℃開始，每升高5℃后，靜置1小時(shí)，然后測試電池的交流阻抗，測試完成后，繼續(xù)升溫，最高測試到150℃。

一種測定鋰離子電池用ptc材料性能的方法的第五優(yōu)選方案，用于鋰離子電池的不同溫度下的電阻與室溫下的電阻對比所得升阻比至少為102以上。

一種測定鋰離子電池用ptc材料性能的方法的第六優(yōu)選方案，使用電池測試儀測量電化學(xué)性能和安全性能，電化學(xué)性能測試內(nèi)容主要包括：電池室溫下的循環(huán)性能、電池高溫下的循環(huán)性能，電池的倍率充放電性能、電池的高低溫充放電性能；所述安全性能測試內(nèi)容主要包括：過充電測試、短路測試、加熱測試。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果如下：

1.本發(fā)明提供的方法能夠初步快速得出適用于鋰離子電池的ptc材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫 度；

2.通過對復(fù)合電極發(fā)生ptc效應(yīng)的溫度的測定，可以快速準(zhǔn)備選擇適用于鋰離子電池的ptc材料；

3.通過四探針測試儀測量ptc復(fù)合電極在不同溫度下的電阻，測量速度快，準(zhǔn)確度高；

4.通過將該方法選擇的ptc材料用于鋰離子電池中，可不影響電池電化學(xué)性能的前提下，提高了電池使用的安全性。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

一種測定鋰離子電池用ptc材料性能的方法，具體包括如下步驟：

1.ptc材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測量

目前在鋰離子電池中具有應(yīng)用潛力的ptc材料主要是高分子聚合物類的材料，這類材料在發(fā)生玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，也是其發(fā)生ptc效應(yīng)時(shí)。而對于鋰離子電池，其在使用過程中，內(nèi)部溫度可能會達(dá)到70℃，但當(dāng)電池溫度達(dá)到130℃時(shí)，隔膜開始收縮，造成電池的短路，最終引發(fā)安全事故。因此，在鋰離子電池中應(yīng)用的ptc材料，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度一定要在70-130℃之間，這種既能保證鋰離子電池的正常使用，又能在電池發(fā)生安全事故前，發(fā)生ptc效應(yīng)，阻止電池安全事故發(fā)生。

具體測量方法為：取0.1-0.5gptc材料，用熱重分析儀進(jìn)行測量，測量溫度為室溫到200℃，升溫速率為2-4℃/min，測量氣氛為氮?dú)?。通過材料的熱重曲線，即可得到材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，對于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不在70-130℃的材料，排除其在鋰離子電池中應(yīng)用的可能性。

2.ptc復(fù)合電極發(fā)生ptc效應(yīng)的溫度測量

將上述步驟1中篩選得到的ptc材料與鋰離子電池用導(dǎo)電劑制備成復(fù)合電極，復(fù)合電極中導(dǎo)電劑和ptc材料的質(zhì)量比例為4:1或9:1，復(fù)合電極的干燥溫度不高于70℃，以防止電極在干燥過程中發(fā)生ptc效應(yīng)，導(dǎo)致電極的失效。

將制作好的復(fù)合電極放在可變溫探針臺上的測試位，給探針臺升溫到150℃，升溫速率不超過5℃/min，在開始升溫的同時(shí)，開啟四探針測試儀的電阻測試，記錄復(fù)合電極在升溫過程中的電阻變化，并考察在70-130℃之間，復(fù)合電極有沒有發(fā)生ptc效應(yīng)。對于沒有發(fā)生ptc效應(yīng)的電極，排除其ptc材料在鋰離子電池中應(yīng)用的可能性。

3.ptc復(fù)合電極的鋰離子電池在不同溫度下電阻的測量

將上述方法2中篩選得到的ptc復(fù)合電極與鋰離子電池的其他部件(負(fù)極、隔膜、電解液)組裝成鋰離子電池，然后測試電池的ptc效應(yīng)，并計(jì)算電池在從常溫到ptc效應(yīng)發(fā)生后的升阻比。

將含ptc復(fù)合電極的鋰離子電池放入鼓風(fēng)烘箱中，所用烘箱的溫度控制精度不低于±1℃，將電池的正負(fù)極與電化學(xué)工作站連接。首先測試一下電池在室溫的交流阻抗，然后開始升溫，升溫后的測試溫度從50℃開始，每升高5℃后，靜置1小時(shí)，然后測試電池的交流阻抗，測試完成后，繼續(xù)升溫，最高測試到150℃。

交流阻抗的測試參數(shù)為：振幅5mv，頻率范圍100khz-1mhz。記錄不同溫度下交流阻抗的測試結(jié)果，并將電池發(fā)生ptc效應(yīng)后的電阻與室溫下的電阻做比對，計(jì)算升阻比。

對于鋰離子電池，發(fā)生ptc效應(yīng)后，升阻比越高，電池越安全，從電池發(fā)生安全事故角度考慮，升阻比至少應(yīng)在102以上。對于升阻比達(dá)不到該數(shù)值的鋰離子電池，排除其含的ptc材料在鋰離子電池中應(yīng)用的可能性。

4.含ptc材料的鋰離子電池性能測試

將ptc采用應(yīng)用于鋰離子電池，是為了提高電池的安全性能，但在電池中引入ptc材料后，是否會影響到電池的電化學(xué)性能，還需要測試。如果ptc材料的加入，明顯降低了鋰離子電池的電化學(xué)性能，則該材料不具備在電池中應(yīng)用的價(jià)值。

制作同種材料體系、同種型號的鋰離子電池，其中一種不含ptc材料，一種含ptc材料，然后使用電池測試儀分別測試電池的電化學(xué)性能和安全性能。

電化學(xué)性能測試內(nèi)容主要包括：電池室溫下的循環(huán)性能(25℃)、電池高溫下的循環(huán)性能(55～75℃)，電池的倍率充放電性能、電池的高低溫充放電性能，安全性能測試內(nèi)容主要包括：過充電測試、短路測試、加熱測試。

如果ptc材料加入鋰離子電池后，電池的電化學(xué)性能有明顯下降，或者電池的安全性能沒有得到改善，則排除該材料在鋰離子電池中應(yīng)用的可能性。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，參照上述實(shí)施例可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換均在申請待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。