[發明專利]一種基于充放電電壓-比容量差減分析法研究電極材料電池性能的方法及其應用

在審

• 申請號: 202310158422.0
• 申請日: 2023-02-24
• 公開（公告）號: CN116520166A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 馬樹華;于濱;張亞榮;曲福林;王文祥;孫洋;龍志;徐鵬遠
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01R31/385
• 分類號: G01R31/385;G01R31/388
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張春連

本發明公開了一種基于充放電電壓?比容量差減分析法研究電極材料電池性能的方法及其應用。具體為將電極材料制備成半電池，在恒流條件下進行充、放電實驗，記錄電極材料的首次、二次和三次或該電極材料相鄰次數的充電及放電數據；將一組充電或放電數據的比容量作為被減數，另一組充電或放電數據的比容量作為減數，基于相同的電位基準得到比容量差減數據，以比容量差減數據為x軸，電壓為y軸獲得差減曲線。本發明方法可以分析電極材料各電位區間內的儲鋰成分、不可逆容量及可逆容量的成因、來源及反應機制，為制備高電化學性能的電極材料以及儲能裝置提供了新的思路與方法，對新型儲能材料的開發提供強有力的幫助。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，具體涉及一種基于充放電電壓-比容量差減分析法研究電極材料電池性能的方法及其應用。

背景技術

鋰離子電池（LIB）是目前最好的電池系統，具有高能量密度、高倍率性能和優越的安全特性。自上世紀90年代初首次報道以來，鋰離子電池就引起了人們極大的興趣。鋰離子電池的充放電主要是通過鋰離子在正極和負極之間的移動、嵌入與脫出實現。然而如何根據扣式電池數據實現對電池材料的準確測試與電池整體的早期評價十分重要且必要。充放電曲線體現的是電池材料的充放電行為，對扣式電池充放電曲線進行分析對理解材料的性能及電化學行為有著重要意義，尤其對半電池充放電曲線的分析，能夠針對性地分析某一種材料的特性行為。

目前對于充放電數據的處理，目前主要有微分差容（dQ?/?dV）曲線和微分電壓（dV/?dQ）曲線。微分差容（dQ/dV）曲線，曲線中的氧化峰和還原峰對應充放電曲線中的充電平臺和放電平臺，根據峰位可以判斷氧化還原反應；微分電壓（dV/dQ）曲線，用來判斷正負極活性物質在充放電過程中的相變化，dV/dQ的峰移和峰容量的變化是了解電池內電極容量衰減的有用指標。

正負極材料內鋰離子的脫嵌對應了充放電曲線上的平臺或斜坡區域（以及循環伏安曲線和微分差容曲線中的氧化還原峰），根據每個平臺區域的變化可研究材料的電化學反應行為。此外，近年來的研究表明，電極材料的表面結構特征對其電化學性能的重要性不言而喻。

目前用于研究鋰離子電池電極材料儲鋰機理的電化學方法，多依托于電池原位測試技術，如：原位紅外，原位XRD等等，但其實這些測試技術太過于依賴測試儀器的特殊配置，另外其本身也具有一定的局限性。比如如果去分析低溫石油焦或者瀝青等這種本身就含有多種儲鋰機制的無定形碳材料，僅憑現有的表征測試技術以及現有的電化學分析方法，如：電化學阻抗譜（EIS）、電壓比容量曲線、循環伏安曲線（CV）等等，是不足以將其儲鋰機制研究透徹的，因此一種簡單且行之有效的電化學分析方法是必不可少的。

發明內容

針對現有技術中存在的儲鋰機理研究不深入，研究方法復雜以及儀器本身存在的局限性等，本發明提供了一種基于充放電電壓-比容量差減分析法研究電極材料電池性能的方法及其應用，可以分析電極材料各電位區間內的儲鋰成分、研究出了其不可逆容量及可逆容量的成因、來源及反應機制，為制備高電化學性能的電極材料以及儲能裝置提供了一種新的思路與方法。

本發明通過以下技術方案實現：

一種基于充放電電壓-比容量差減分析法研究電極材料電池性能的方法，基于電極材料半電池的充放電電壓比容量曲線，采用差減分析法并結合材料的原始信息、處理條件以及隨后的化學與結構表征研究電極材料的電化學性能及其反應機制，具體步驟為：

（1）將電極材料制備成半電池，在恒流條件下進行充、放電實驗，記錄電極材料的首次、二次和三次或該電極材料相鄰次數的充電及放電數據；

（2）將一組充電或放電數據的比容量作為被減數，另一組充電或放電數據的比容量作為減數，基于相同的電位基準得到比容量差減數據，以比容量差減數據為 x軸，電壓為 y軸獲得差減曲線。