本發(fā)明屬于鋰電池，尤其涉及一種基于電化學(xué)的緩釋h3不可逆相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變方法。
背景技術(shù)：
1、新能源行業(yè)得到了快速發(fā)展。鋰離子電池作為能源存儲與轉(zhuǎn)化的重要載體，迎來了更多的挑戰(zhàn)。高容量、長壽命已然成為鋰電池研究的熱點。高鎳層狀氧化物正極材料linixcoymnzo2具有高能量密度備受學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界關(guān)注，其中ni元素比例為0.5和0.6的正極材料已廣泛應(yīng)用于商用電動汽車(ev)。然而，這些目前商用占主導(dǎo)地位的正極材料無法滿足對長續(xù)航里程電動汽車不斷追求。
2、高鎳層狀氧化物正極材料，主要通過提高鎳含量和工作電壓來提升正極材料能量密度。但是隨著鎳含量的提高，高鎳層狀氧化物正極材料在電化學(xué)反應(yīng)過程中不可逆的h2-h3相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變加劇，導(dǎo)致正極材料電化學(xué)循環(huán)過程中結(jié)構(gòu)破壞，引起電極材料熱穩(wěn)定和循環(huán)穩(wěn)定性較差。因此亟需開發(fā)簡單、成本低廉、不需要額外繁瑣操作流程的穩(wěn)定電化學(xué)循環(huán)過程中電極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方法。本發(fā)明提供了一種電化學(xué)的緩釋正極材料h3不可逆相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變方法，在充電初始階段外加一定時間恒壓，使得電極材料發(fā)生快速脫鋰，調(diào)控電極材料在電化學(xué)循環(huán)過程中相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，抑制不可逆相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，從而穩(wěn)定正極材料結(jié)構(gòu)，從而改善鋰電池的電化學(xué)循環(huán)性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、高鎳正極材料在電化學(xué)充電階段，會依次發(fā)生h1-m-h2-h3的相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。其中h1、h2、h3同屬于六方結(jié)構(gòu)，但是由于脫鋰狀態(tài)不同，晶格參數(shù)有所不同，用h來區(qū)分。m相為h1、h2相轉(zhuǎn)變的一個過渡相，這個過程中由于姜泰勒效應(yīng)和鋰/空位有序排列協(xié)同導(dǎo)致材料的對稱性降低，形成的單斜結(jié)構(gòu)過渡相。h2-h3相轉(zhuǎn)變過程是因為鋰離子的過度脫出，導(dǎo)致c軸急劇收縮，使材料結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的破壞，這是高鎳正極材料容量快速損失的重要原因。
2、針對上述問題，本發(fā)明提供了一種電化學(xué)的緩釋正極材料h3不可逆相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變方法，在充電初始階段施加一定時間恒壓，使得電極材料發(fā)生快速脫鋰，調(diào)控電極材料在電化學(xué)循環(huán)過程中相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，抑制不可逆相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，從而穩(wěn)定正極材料結(jié)構(gòu)，從而改善鋰電池的電化學(xué)循環(huán)性能。
3、在低充電電壓下讓正極材料快速脫鋰，正極中易于反應(yīng)的區(qū)域快速脫鋰，使部分的h1相快速的轉(zhuǎn)變?yōu)閔2相,使材料相結(jié)構(gòu)處于一個較長時間的h1、h2相共存的狀態(tài)。繼續(xù)充電，隨著電壓的升高，率先出現(xiàn)h2相結(jié)構(gòu)的區(qū)域，由于脫鋰較多，晶格參數(shù)大，易于進一步反應(yīng)，這部分區(qū)域率先發(fā)生相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閔3相，因為h3相的出現(xiàn)使晶胞參數(shù)急劇收縮，發(fā)生自抑制反應(yīng)，抑制鋰離子脫出，未脫出鋰離子作為支柱離子穩(wěn)定材料晶體結(jié)構(gòu)。這也使得在較高的充電電壓下，材料出現(xiàn)h2、h3相共存的現(xiàn)象，而這種高壓下的相分離，抑制了不可逆h3相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，避免了由于不可逆相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的材料結(jié)構(gòu)破壞。
4、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明尤其采用首圈充電過程中采用一段時間恒壓，控制充電過程中鋰離子脫出速度，采用以下技術(shù)方案：
5、步驟一、將正極材料與導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合制備漿料，涂覆在al箔上，裝配成扣式鋰電池，將鋰電池置于恒溫環(huán)境中，恒溫溫度為25℃-45℃。
6、步驟二、將步驟一的電池靜置一段時間，然后在首圈充放電的充電初始階段給鋰離子電池一個短暫的恒壓，恒壓電壓為3.5-4.0v，恒壓時間為0.1-4h；
7、步驟三、將步驟二中的電池繼續(xù)升壓充電，然后放電，完成首圈充放電；
8、步驟四、繼續(xù)進行充放電電化學(xué)循環(huán)過程。
9、倍步驟三和步驟四的充放電倍率為0.01c-0.5c，充電截止電壓為4.0-4.6v，放電截止電壓為2.5-3.0v。
10、所述的鋰電正極材料，包括linixaybzo2，其中，0.5≤x≤1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.3，x+y+z＝1所述a為co、mn、al中的至少一種元素；所述b為zr、ti、mg、fe、ta中的至少一種元素。
11、所述的恒壓，是在首圈充電初始施加的恒壓，恒壓電壓為3.5-4.0v。
12、所述的恒壓，是在首圈充電初始施加的恒壓，恒壓時間為0.1-4h。
13、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出一種簡單、無需額外繁瑣操作與附加成本的電化學(xué)方法調(diào)控電極材料在電化學(xué)循環(huán)過程中相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，即在首圈提供短暫的恒壓處理，使材料在低壓區(qū)域出現(xiàn)較長時間的h1、h2共存的狀態(tài)，使在較高的充電電壓下發(fā)生h3相分離，來抑制材料在充放電過程中的不可逆h3相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，從而達到穩(wěn)定材料體相結(jié)構(gòu)的目的，實現(xiàn)材料綜合性能提升。
1.一種基于電化學(xué)的緩釋h3不可逆相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變方法，其特征在于，采用在首圈充電過程中初始采用一段時間恒壓，控制充電過程中鋰離子脫出速度，采用以下技術(shù)方案：
2.按照權(quán)利要求1所述的一種基于電化學(xué)的緩釋h3不可逆相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變方法，其特征在于，步驟三和步驟四的充放電倍率為0.01c-0.5c，充電截止電壓為4.0-4.6v，放電截止電壓為2.5-3.0v。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種基于電化學(xué)的緩釋h3不可逆相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變方法，其特征在于，所述的鋰電正極材料，包括linixaybzo2，其中，0.5≤x≤1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.3，x+y+z＝1所述a為co、mn、al中的至少一種元素；所述b為zr、ti、mg、fe、ta中的至少一種元素。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種基于電化學(xué)的緩釋h3不可逆相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變方法，其特征在于，所述的恒壓，是在首圈充電初始施加的恒壓。