[发明专利]一种利用硬度表征锂离子电池电极材料电量的方法

摘要

本发明公开了一种利用压痕硬度表征锂离子电池电量的方法；该方法首先对锂离子电池电极材料进行充放电测试，得到不同充放电状态下的电极材料，然后通过压痕仪对电极材料进行压痕实验，得到压痕载荷位移曲线，从而提取到某充放电状态下电极材料的硬度，最后将其代入到建立的硬度与充放电状态的解析理论模型，即可得到电极材料的电量；该方法利用建立的解析理论模型能够成功提取锂离子电池电极材料的电量，能快速、有效地对电极材料的电量进行评估，利于大规模工程应用。

主权项

一种利用硬度表征锂离子电池电极材料电量的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)利用Fick定律，综合考虑边界条件和初始条件，通过求解扩散方程，得出电极材料内部不同位置在不同时刻的锂离子浓度分布；基于二维薄膜电极材料和半锥角为θ的圆锥压头，得出二维薄膜电极材料的锂离子浓度分布：(2)通过t时刻的二维薄膜电极材料锂离子浓度分布，对各位置进行积分，即得电极材料的电量SOC；(3)基于充放电过程中，电极材料会发生体积变形从而导致大量位错，即定义为电化学诱导位错EID，电化学诱导位错的平均密度其中，ρ′e为某时刻的电化学诱导位错密度分布，h为压痕深度，V为压入体积，r为压痕接触半径；(4)基于位错理论，压痕过程中，影响硬度的总位错其中，ρs为电极材料本身统计存储位错，α、μ和b分别为材料经验常数、剪切模量和Burgers矢量；(5)根据平均应力和硬度的关系σ＝Mτ，H＝3σ，其中，M为Taylor取向因子，得到薄膜电极材料硬度H与SOC之间的定量解析关系：其中，为电化学因子，L0为二维薄膜电极材料锂化前的厚度，c0为最大锂离子浓度；电量控制因子相对压痕深度β＝h/L，L为二维薄膜电极材料锂化后的厚度，η为体积膨胀系数，薄膜电极材料的本征硬度以充电满态为参考，即SOC＝1；(6)利用(5)所述解析关系，通过测试电极材料硬度，即得到电极材料的SOC。