本發(fā)明涉及電池測(cè)量，特別是涉及一種鈉電正極材料電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中cei膜的應(yīng)變確定方法。

背景技術(shù)：

1、隨著社會(huì)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)能源的利用方式和方法，利用自然界的風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮?、潮汐能等清潔能源轉(zhuǎn)化為電能可替代化石燃料滿足一部分能源需求，使用儲(chǔ)能系統(tǒng)(ess)可消除風(fēng)能和太陽(yáng)能的波動(dòng)。鈉離子電池與鋰離子電池具有相同的工作原理，滿足新能源領(lǐng)域低成本，長(zhǎng)壽命和高安全性能等要求，也是推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的解決方案之一，使得鈉離子電池成為電能儲(chǔ)存的潛在技術(shù)。鈉離子電池充放電時(shí)，na+不斷地從電極里面嵌入和脫出伴隨著電極材料的膨脹和收縮，隨著循環(huán)圈數(shù)的增加，會(huì)在電極上累積大量的應(yīng)變，直接導(dǎo)致電極開裂和失效，影響電池壽命。

2、鈉離子電池的正極材料主要包括氧化物類、聚陰離子類、普魯士藍(lán)類似物和有機(jī)物類等，而層狀過(guò)渡金屬氧化物憑借安全無(wú)毒、工作電壓高和易于合成等優(yōu)點(diǎn)，成為了鈉離子電池主要的正極材料，在層狀過(guò)渡金屬氧化物中，鈉離子一般位于過(guò)渡金屬元素與其周圍的六個(gè)氧原子組成的八面體結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬層之間，呈現(xiàn)出一種過(guò)渡金屬八面體層與nao6堿金屬層穿插排布的層狀結(jié)構(gòu)，在充放電的過(guò)程中，由于鈉離子的嵌入和脫出，材料的晶格結(jié)構(gòu)會(huì)扭曲和畸變，也伴隨著單個(gè)或者多個(gè)相變。

3、目前鈉電正極材料應(yīng)變測(cè)量包括dic技術(shù)和原位xrd技術(shù)，dic技術(shù)存在以下缺點(diǎn)：dic技術(shù)在應(yīng)變測(cè)量方面的精度有限，尤其是在測(cè)量微小變形或者高應(yīng)變速率下的情況下，精度可能受到影響。數(shù)據(jù)處理復(fù)雜：dic技術(shù)需要大量的圖像數(shù)據(jù)采集和處理工作，而且對(duì)數(shù)據(jù)處理的算法和方法要求較高，這增加了實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性和時(shí)間成本。影響因素多：dic技術(shù)的測(cè)量結(jié)果容易受到環(huán)境因素、光照條件和表面反射等影響，可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的不穩(wěn)定性和不準(zhǔn)確性。設(shè)備要求高：dic技術(shù)需要專業(yè)的設(shè)備和昂貴的成像系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行圖像采集和處理，這增加了實(shí)驗(yàn)的成本和門檻。數(shù)據(jù)量大：dic技術(shù)產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)量較大，需要大容量的存儲(chǔ)和處理設(shè)備來(lái)管理和分析這些數(shù)據(jù)，增加了實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)管理和處理難度。原位xrd技術(shù)的存在以下缺點(diǎn)：時(shí)間分辨率限制：原位xrd技術(shù)需要在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行連續(xù)的數(shù)據(jù)采集，因此其時(shí)間分辨率受到限制，可能無(wú)法捕捉到瞬態(tài)變化或快速反應(yīng)的細(xì)節(jié)。空間分辨率有限：原位xrd技術(shù)對(duì)樣品的空間分辨率有限，可能無(wú)法準(zhǔn)確地捕捉到材料表面或局部區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)變化。采樣條件限制：原位xrd技術(shù)需要樣品處于穩(wěn)定的溫度、壓力和環(huán)境條件下進(jìn)行測(cè)量，這限制了其在高溫、高壓或其他極端條件下的應(yīng)用。樣品制備要求高：原位xrd技術(shù)對(duì)樣品制備的要求較高，需要確保樣品具有良好的晶體結(jié)構(gòu)和均勻性，否則可能影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。儀器成本高：原位xrd技術(shù)需要專業(yè)的儀器和設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，包括x射線衍射儀、高溫高壓實(shí)驗(yàn)裝置等，這增加了實(shí)驗(yàn)的成本和門檻。數(shù)據(jù)解析復(fù)雜：原位xrd技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行復(fù)雜的解析和處理，包括晶體結(jié)構(gòu)分析、相變分析等，需要專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)解釋和理解。環(huán)境干擾影響：原位xrd技術(shù)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能受到環(huán)境因素的干擾，如輻射源的穩(wěn)定性、樣品與探測(cè)器之間的距離等，可能影響數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種鈉電正極材料電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中cei膜的應(yīng)變確定方法，將dic技術(shù)與原位xrd技術(shù)結(jié)合起來(lái)分析，能夠準(zhǔn)確量化分析電極中的應(yīng)變大小。

2、一種鈉電正極材料電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中cei膜的應(yīng)變確定方法，其包括：

3、s1，制備xrd鈉電正極材料極片，將xrd鈉電正極材料極片作為正極，將鈉片作為負(fù)極構(gòu)建xrd原位電池，并進(jìn)行原位xrd實(shí)驗(yàn)，得到循環(huán)過(guò)程中各個(gè)相的相對(duì)含量；

4、s2，制備無(wú)基底極片，將無(wú)基底極片作為正極，將鈉片作為負(fù)極構(gòu)建應(yīng)變?cè)浑姵?，并進(jìn)行dic實(shí)驗(yàn)，得到循環(huán)過(guò)程中的充放電比容量和無(wú)基底極片的應(yīng)變；

5、s3，基于循環(huán)過(guò)程中的充放電比容量、無(wú)基底極片的應(yīng)變和各個(gè)相的相對(duì)含量獲得循環(huán)過(guò)程生成cei膜消耗na+數(shù)量、cei膜的應(yīng)變和na+在cei膜中的偏摩爾體積。

6、可選地，s1包括：

7、s11，將鈉電正極材料、cnts、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按照設(shè)定比例混合，并在研缽中研磨20min，將研磨后的粉末裝入玻璃瓶中；

8、s12，往玻璃瓶?jī)?nèi)滴入第一溶液脫泡攪拌30min，得到漿料；第一溶液為pvdf在nmp中的溶液；

9、s13，將漿料涂敷在鋁箔上，放入70℃烘箱里烘兩小時(shí)，漿料干燥后附著在鋁箔上，得到xrd初始極片；

10、s14，將xrd初始極片放入真空烘箱干燥12h，蒸發(fā)出xrd初始極片內(nèi)部的溶劑，得到xrd極片，即xrd鈉電正極材料極片；

11、s15，將xrd鈉電正極材料極片作為正極，將鈉片作為負(fù)極構(gòu)建xrd原位電池，并進(jìn)行原位xrd實(shí)驗(yàn)，得到循環(huán)過(guò)程的各個(gè)相的相對(duì)含量。

12、可選地，s2包括：

13、s21，將鈉電正極材料、cnts、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按照設(shè)定比例混合，并在研缽中研磨20min，將研磨后的粉末裝入玻璃瓶中；

14、s22，往玻璃瓶?jī)?nèi)滴入第二溶液脫泡攪拌30min，得到漿料；第二溶液為pvdf在nmp中的溶液；

15、s23，將漿料涂敷在基材上，放入70℃烘箱里烘兩小時(shí)，漿料干燥后從基材上脫離，得到無(wú)基底極片；

16、s24，將無(wú)基底極片作為正極，將鈉片作為負(fù)極構(gòu)建應(yīng)變?cè)浑姵?，并進(jìn)行dic實(shí)驗(yàn)，得到循環(huán)過(guò)程的充放電比容量和無(wú)基底極片的應(yīng)變。

17、可選地，s3包括：

18、s31，基于無(wú)基底極片中活性物質(zhì)的質(zhì)量和各個(gè)相的摩爾質(zhì)量得到各個(gè)相中na+的含量；

19、s32，根據(jù)各個(gè)相中na+的含量和各個(gè)相的相對(duì)含量獲得循環(huán)過(guò)程前無(wú)基底極片中na+的總含量；

20、s33，將循環(huán)過(guò)程中的充電比容量作為充電過(guò)程中na+的脫出量；

21、s34，基于循環(huán)過(guò)程中的放電比容量得到放電過(guò)程中na+的遷移量；公式為：

22、

23、為放電過(guò)程中na+的遷移量，cdischarge為放電過(guò)程中的比容量，m為無(wú)基底極片中活性物質(zhì)的質(zhì)量，f為法拉第常數(shù)；

24、s35，基于充電過(guò)程中na+的脫出量、充電過(guò)程中na+的脫出量、循環(huán)過(guò)程前無(wú)基底極片中na+的總含量、放電過(guò)程中na+的遷移量和無(wú)基底極片的應(yīng)變，獲得循環(huán)過(guò)程生成cei膜消耗na+數(shù)量、cei膜的應(yīng)變和na+在cei膜中的偏摩爾體積。

25、可選地，s34包括：

26、s341，用循環(huán)過(guò)程之前無(wú)基底極片中na+的數(shù)量減去充電過(guò)程中na+的脫出量得到充電過(guò)程后無(wú)基底極片中na+的數(shù)量；

27、s342，用循環(huán)過(guò)程后無(wú)基底極片中na+的總含量減去充電過(guò)程后復(fù)合電極中na+的數(shù)量得到放電過(guò)程中na+嵌入無(wú)基底極片的晶格中的數(shù)量

28、

29、s343，用放電過(guò)程中na+的遷移量減去放電過(guò)程中na+嵌入無(wú)基底極片的晶格中的數(shù)量，得到循環(huán)過(guò)程中生成cei膜消耗na+數(shù)量

30、s344，基于和na+在無(wú)基底極片中的偏摩爾體積得到放電過(guò)程中na+嵌入無(wú)基底極片的晶格產(chǎn)生的應(yīng)變基于和無(wú)基底極片的應(yīng)變得到cei膜的應(yīng)變；

31、s345，基于cei膜的應(yīng)變和循環(huán)過(guò)程中生成cei膜消耗na+數(shù)量得到na+在cei膜中的偏摩爾體積。

32、可選地，s344的計(jì)算公式為：

33、

34、式中：v0為無(wú)基底極片的體積。

35、可選地，s345計(jì)算公式為：

36、

37、式中：為na+在cei膜中的偏摩爾體積，v0為無(wú)基底極片的體積。

38、可選地，第一溶液中pvdf的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％。

39、可選地，第二溶液中pvdf的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％。

40、本發(fā)明的效果如下：

41、本發(fā)明鈉電正極材料電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中cei膜的應(yīng)變確定方法，結(jié)合原位xrd技術(shù)和dic技術(shù)分別測(cè)出了充放電結(jié)束后電極中各相的相對(duì)含量和電極相關(guān)的容量數(shù)據(jù)與應(yīng)變數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確量化分析電極中的應(yīng)變大小。