[发明专利]一种电化学和基底效应共同作用下电极材料硬度的表征方法

权利要求书

1.一种电化学和基底效应共同作用下电极材料硬度的表征方法，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，得出电极材料不同位置和不同时刻状态下的锂离子浓度分布；

(2)通过t时刻的浓度分布，对各位置进行积分，即得到电极材料在该状态下的电量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，ρ_s为电极材料本身统计存储位错，与电化学过程无关，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，得到电极材料硬度H_F与SOC之间的定量解析关系：

其中，为电化学因子，θ为半锥角，C₀为最大锂离子浓度，L₀为二维薄膜电极材料理化前的厚度，φ是锂离子嵌入导致的化学键收缩系数；H₀代表不考虑电化学位错时的本征硬度；

电量控制因子

相对压痕深度β＝h/L，η为体积膨胀系数，L为t时刻的二维薄膜电极材料厚度；

薄膜电极材料的本征硬度以充电满态为参考，即SOC＝1；

(6)将(5)解析关系引入基底效应，通过测试电极材料与基底的复合硬度，即得到电极材料的硬度。

2.根据权利要求1所述的电化学和基底效应共同作用下电极材料硬度的表征方法，其特征在于：基于二维薄膜电极材料和半锥角为θ的圆锥压头，由步骤(1)得出二维薄膜电极材料的锂离子浓度分布：

c=c0[1-Σn=0∞4(-1)n(2n+1)πexp[-Dtπ2(2n+1)24L2]cos[(2n+1)πx2L]]]]>

其中，

c₀为最大锂离子浓度，

D为扩散系数，

L为t时刻的二维薄膜电极材料厚度，

x为t时刻的二维薄膜电极材料厚度L减去压痕深度h,

n为自然数。