【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電化學(xué)，具體為一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法。
技術(shù)介紹
1、以鋰離子電池為代表的堿金屬電池因具有高能量密度、高輸出電壓和長(zhǎng)循環(huán)壽命的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于日常生活中。電極材料作為堿金屬電池的重要組成部分，決定了電池能量密度的上限。隨著人們對(duì)堿金屬電池的性能要求越來越高，電極材料的改性作為開發(fā)安全可靠、綠色環(huán)保、高比能長(zhǎng)壽命電池的重要方式之一受到廣泛關(guān)注。其中，離子摻雜和包覆是保持電極材料穩(wěn)定性、提高電極電解液界面相電子電導(dǎo)率和提升電池可逆容量的常用材料改性方式，這些策略能有效抑制離子混排，防止過渡金屬的從材料中溶出，提升材料晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
2、目前，常見的摻雜和包覆方法有固相法，水熱法，共沉淀法、溶膠凝膠法和噴霧熱解法等。固相法操作簡(jiǎn)便但處理材料分散不均，水熱法和共沉淀法需要考慮材料和溶液的選擇和反應(yīng)條件，而噴霧熱解法雖然效果好，但是控制變量較多。在各種電極材料的改性方法中，都存在很多操作的不確定性。如何降低材料合成的操作風(fēng)險(xiǎn)，提高材料合成的成功率，提升材料改性后的電池性能等，是正極材料改性過程中值得關(guān)注的重點(diǎn)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供了一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提供的技術(shù)方案如下：
3、一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法，其特征在于，包括如下步驟：
4、步驟一、配置與需要改性的電極
5、步驟二、將電極材料涂覆至集流體表面，以與電極材料包含的金屬離子一致的金屬單質(zhì)為負(fù)極，以步驟一所得溶液為電解液，裝配成電池；
6、步驟三、將電池放置在恒溫箱中，在指定的溫度下靜置一定時(shí)間，使電解液充分潤(rùn)濕電極材料；
7、步驟四、將靜置后的電池放置在與目標(biāo)材料適配的外加物理場(chǎng)中，并在指定的電壓范圍內(nèi)施加指定的電流信號(hào)，使電解液與電極材料在電化學(xué)環(huán)境中充分反應(yīng)，即可完成目標(biāo)材料的改性。
8、優(yōu)選的，在步驟一中，所述電解液以酯類、醚類或離子液體為溶劑，所述電解液以摻雜或包覆元素所形成的可溶性化合物為溶質(zhì)。
9、優(yōu)選的，在步驟二中，所述集流體的材質(zhì)為銅或鋁。
10、優(yōu)選的，在步驟二中，所述的負(fù)極金屬單質(zhì)與待摻雜元素一致。
11、優(yōu)選的，在步驟二中，所述的電池指具有正極、負(fù)極、電解液的電化學(xué)體系。
12、優(yōu)選的，在步驟三中，所述恒溫箱的溫度為20℃至50℃。
13、優(yōu)選的，在步驟三中，所述的靜置時(shí)間與電池開路電壓變化率有關(guān)，以開路電壓在1分鐘內(nèi)變化不超過10mv時(shí)代表電解液充分浸潤(rùn)電極材料，即結(jié)束靜置時(shí)間。
14、優(yōu)選的，在步驟四中，所述外加物理場(chǎng)包括磁場(chǎng)、電場(chǎng)、聲場(chǎng)、溫度場(chǎng)、力場(chǎng)、微波場(chǎng)中的一種或多種物理場(chǎng)的耦合場(chǎng)。
15、具體地，所述磁場(chǎng)的磁流體力學(xué)會(huì)影響帶電粒子在流體或固液界面中擴(kuò)散行為、磁場(chǎng)誘導(dǎo)磁偶極子相互作用會(huì)影響納米單元的定向組裝、磁場(chǎng)梯度引起的排斥力會(huì)改變材料的結(jié)構(gòu)和形態(tài)、磁化力會(huì)影響粒子從而對(duì)材料的形態(tài)；所述交變電場(chǎng)的頻率和方向會(huì)影響金屬沉積、靜電感應(yīng)效應(yīng)會(huì)影響固體表面沉積物的沉積動(dòng)力學(xué)；所述溫度場(chǎng)影響固溶體材料中離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)；所述聲場(chǎng)機(jī)械效應(yīng)所引起的電極化、感生極化、空化效應(yīng)會(huì)對(duì)物質(zhì)在電極材料表面沉積的均勻性產(chǎn)生影響；所述力場(chǎng)會(huì)改變晶格間距和材料的蠕變速度以及材料內(nèi)部電荷分布，從而影響摻雜效果。
16、本專利技術(shù)的有益效果在于：
17、本專利技術(shù)利用外加物理場(chǎng)的方法輔助電極材料原位改性，所涉及物理場(chǎng)包括磁場(chǎng)、電場(chǎng)、聲場(chǎng)、溫度場(chǎng)、力場(chǎng)、微波場(chǎng)中的一種或多種物理場(chǎng)的耦合場(chǎng)。通過外加物理場(chǎng)輔助電極材料原位改性，可以不依賴于更換上游電極材料生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)線，在下游電池裝配企業(yè)即可根據(jù)需求對(duì)電極材料性質(zhì)做靈活調(diào)控，特別是在小批量定制生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)顯著。
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1.一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法，其特征在于：在步驟一中，所述電解液以酯類、醚類或離子液體為溶劑，所述電解液以摻雜或包覆元素所形成的可溶性化合物為溶質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法，其特征在于：在步驟二中，所述集流體的材質(zhì)為銅或鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法，其特征在于：在步驟二中，所述的負(fù)極金屬單質(zhì)與待摻雜元素一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法，其特征在于：在步驟二中，所述的電池指具有正極、負(fù)極、電解液的電化學(xué)體系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法，其特征在于：在步驟三中，所述恒溫箱的溫度為20℃至50℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外加物理場(chǎng)輔助
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法，其特征在于：在步驟四中，所述外加物理場(chǎng)包括磁場(chǎng)、交變電場(chǎng)、聲場(chǎng)、溫度場(chǎng)、力場(chǎng)、微波場(chǎng)中的一種或多種物理場(chǎng)的耦合場(chǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法，其特征在于：所述磁場(chǎng)的磁流體力學(xué)會(huì)影響帶電粒子在流體或固液界面中擴(kuò)散行為、磁場(chǎng)誘導(dǎo)磁偶極子相互作用會(huì)影響納米單元的定向組裝、磁場(chǎng)梯度引起的排斥力會(huì)改變材料的結(jié)構(gòu)和形態(tài)、磁化力會(huì)影響粒子從而對(duì)材料的形態(tài)；所述交變電場(chǎng)的頻率和方向會(huì)影響金屬沉積、靜電感應(yīng)效應(yīng)會(huì)影響固體表面沉積物的沉積動(dòng)力學(xué)；所述溫度場(chǎng)影響固溶體材料中離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)；所述聲場(chǎng)機(jī)械效應(yīng)所引起的電極化、感生極化、空化效應(yīng)會(huì)對(duì)物質(zhì)在電極材料表面沉積的均勻性產(chǎn)生影響；所述力場(chǎng)會(huì)改變晶格間距和材料的蠕變速度以及材料內(nèi)部電荷分布，從而影響摻雜效果。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法，其特征在于：在步驟一中，所述電解液以酯類、醚類或離子液體為溶劑，所述電解液以摻雜或包覆元素所形成的可溶性化合物為溶質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法，其特征在于：在步驟二中，所述集流體的材質(zhì)為銅或鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法，其特征在于：在步驟二中，所述的負(fù)極金屬單質(zhì)與待摻雜元素一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法，其特征在于：在步驟二中，所述的電池指具有正極、負(fù)極、電解液的電化學(xué)體系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外加物理場(chǎng)輔助電極材料的電化學(xué)原位金屬離子摻雜包覆方法，其特征在于：在步驟三中，所述恒溫箱的溫度為20℃至50℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外加物理場(chǎng)輔助電極...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王鵬，胡欣怡，崔孝玲，趙冬妮，李世友，汪慧，梁宏成，呂苗苗，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：蘭州理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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