[发明专利]一种层状无锂正极材料容量调控方法

说明书

本发明提供了一种层状无锂正极材料容量调控方法。该方法包括：对于一种层状电极材料，测试其层间距，记为d₁；若层状电极材料的层间距d₁＞1nm，则选取包含锂离子的电解液作为工作电解液；若层状电极材料的层间距d₁≤1nm，则选取包含直径d₂满足如下关系式的阳离子的电解液作为工作电解液：0nm＜d₁‑d₂＜0.4nm，即可提升层状电极材料的比容量。本发明通过研究不同层间距的层状电解材料的比容量与电解液阳离子直径的关系，得到一种通过调控阳离子组成实现对不同层间距的层状电解材料比容量的提升，从而能够快速地为已经选定的层状电解材料配制出高效的工作电解液，具有重要的研究和应用价值。

技术领域

本发明涉及层状电极材料性能调控技术领域，尤其涉及一种层状无锂正极材料容量调控方法。

背景技术

电池作为一种重要的能量来源，其比容量是是决定未来新能源电动汽车性能、智能电网、物联网等规模化应用的关键因素。电子器件由于体积空间和重量的限制，提高电池能量密度的有效途径之一是选用高理论比容量的活性物质。负极选用金属锂，正极和负极不需要同时含锂。因此，正极就可以采用高理论比容量的无锂正极材料。对于不同的正极材料而言，二维片状材料在平面方向上具有无限大的平面几何形状，但其厚度为原子或分子尺寸，并且同时具备嵌入式反应和氧化还原等，因此被认为是最有前途的材料体系。

由于二维材料具有超薄的厚度，会有很高比例的表面原子暴露在电解介质中，从而有大量的活性位点参与电化学反应。同时，二维层状材料的层与层之间建立了二维离子迁移通道，这对于提高电化学性能，特别是倍率行为具有独特的优势。因此，深入研究二维层状材料作为电池的无锂正极材料，设计出超大比容量的电池，对于开发高性能储能材料具有重要社会经济学意义。

层状电极材料被用作电池和电容器等储能设备的工作电极时，电解液中的阳离子在层状电极材料中发生嵌入和脱出，实现充放电过程。在循环充放电过程中，层状电极材料会逐渐发生层状结构→缺陷尖晶石状结构→无序岩盐相的结构转变，使得层间距降低、阻抗增大，且表层和体相结构不均一，导致阳离子的嵌入和脱出难度增大，甚至无法进行，最终导致严重的比容量衰减和循环稳定性变差的问题。

因此，阳离子的嵌入和脱出的难易程度对层状电极材料的比容量及循环性能有重要影响，通过降低阳离子在嵌入和脱出时的阻抗，能够提高层状电极材料的比容量及循环性能。目前，大部分的研究集中于对层状材料的性能进行分析和改进，并未对其失效机理进行深入研究。因此，深入了解层状材料晶体结构与电解液中溶质溶剂共嵌入行为的关系，以及溶剂化/去溶剂化离子嵌入脱出行为等，有助于为提升层状电极材料的比容量提供依据和向导，对开发储能材料循环利用的绿色高效途径具有重要社会经济学意义。

经研究发现，电解液中的阳离子在嵌入和脱出过程中，当层状电极材料的层间距较大时，电解液中的阳离子通常是以与水分子形成的水合离子状态在层状材料间进行嵌入和脱出，而水分子的嵌入对层状电极材料的比容量和循环性能是不利的；当层状电极材料的层间距较小时，可选用直径较大的阳离子，阳离子直径与层间距相差较小，使得在嵌入和脱出时，溶剂分子难以嵌入，去溶剂化效应增强，比容量和循环性能相应有所提高。

有鉴于此，有必要设计一种改进的层状无锂正极材料容量调控方法，以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种层状无锂正极材料容量调控方法。本发明通过研究不同层间距的层状电解材料的比容量与电解液阳离子直径的关系，得到一种通过调控阳离子组成实现对不同层间距的层状电解材料比容量的提升，从而快速地为已经选定的层状电解材料配制出高效的工作电解液。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种层状无锂正极材料容量调控方法，包括以下步骤：

S1.对于一种层状电极材料，测试其层间距，记为d₁；