[发明专利]AIE分子作为探针在碳材料负极的检测中的应用

说明书

本发明提供一种AIE分子作为探针在碳材料负极的检测中的应用，所述检测的检测对象包括碳材料负极的嵌锂和表面析锂中的一种或多种；所述AIE分子为羟基修饰的AIE分子；所述碳材料负极采用的碳材料为具有吸光性质的碳材料；所述碳材料负极为锂离子电池中的碳材料负极，所述锂离子电池为钴酸锂电池、镍酸锂电池、磷酸铁锂电池或锂二氧化锰电池。聚集诱导发光(AIE)分子与嵌锂后形成的插层化合物或表面析锂发生反应，且反应前后AIE发生荧光颜色和强度的变化，而与碳材料本身接触时由于共轭平面结构会导致AIE荧光淬灭，从而检测、标定出插层化合物和表面析锂的形貌、分布和浓度。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种AIE分子作为探针在碳材料负极的检测中的应用。

背景技术

随着社会和科技的不断进步，人类的生产和生活方式对能源储存、运输和高效利用的需求与日俱增。目前锂离子电池是二次电池的“主力军”，为人们提供了高效和便捷的能源，已扎根于移动电子设备、电动交通、航空等各个领域。但锂离子电池依然存在使用时的不稳定性和安全隐患，由此导致的事故给日常的生产生活带来严重不便。

碳材料是锂离子电池中最常用的负极材料，碳材料负极在循环使用中常见的电化学过程包括嵌锂和析锂两类。嵌锂即是锂离子进入碳材料间隙从而形成嵌层化合物。由于负极材料的粗糙度和表面缺陷、电解液浸润不均匀、电池制造中的应力等因素，导致锂插层往往表现出区域差异性。不均匀的嵌锂直接造成负极额定容量衰减和局部过热，更有可能诱发析锂。析锂是指锂离子被还原成活性物质沉积在负极表面，特别是在低温、快充或极端放电的情况下极易发生析锂。在长期的循环过程中，不均匀的析锂易生长成锂枝晶并发生粉化，导致电池内部短路，引起热失控，进而引发潜在的着火和爆炸风险。

此外，电解液与表面析锂之间的放热反应可能会产生积热和副产物，导致库仑效率和容量降低，安全性迅速降低。因此，如何将锂嵌层的分布和浓度可视化，如何准确直观地对析锂过程进行成像，对于研究石墨负极的电化学行为，预测锂离子电池的寿命和安全隐患具有至关重要的意义。

针对锂离子电池在循环使用过程中嵌锂和析锂现象，目前已有较多的表征或检测技术研究，大致可分为物理方法和电化学方法两大类。物理方法主要是根据样品的物理性质，如形貌、界面性质、化学成分和微观结构来检测负极。其他物理方法如X射线衍射(XRD)、原子拉曼光谱、原位核磁共振(in-situ NMR)等可以通过特定信号获得电极表面信息，但无法进行直接观察。电化学方法，包括电压/容量曲线分析和阿伦尼乌斯法，是利用析锂时电化学行为差异来检测负极情况，但仍缺乏直接观察和直观结果。因此，急需开发一种能同时对嵌锂和析锂进行视觉成像和定量分析的方法。

发明内容

基于此，有必要提供一种AIE分子作为探针在碳材料负极的检测中的应用，以能够同时对嵌锂和析锂进行视觉成像和定量分析。

一实施例提供的一种AIE分子作为探针在碳材料负极的检测中的应用，所述检测的检测对象包括碳材料负极的嵌锂和表面析锂中的一种或多种。

在一些实施例中，所述AIE分子为羟基修饰的AIE分子。

在一些实施例中，所述AIE分子包括羟基修饰的四苯乙烯分子。

在一些实施例中，所述碳材料负极采用的碳材料为具有吸光性质的碳材料。

在一些实施例中，所述碳材料负极采用的碳材料选自石墨、硬炭、软炭、碳纳米管或石墨烯。

在一些实施例中，所述碳材料负极为石墨负极。

在其中的一些实施例中，所述碳材料负极的嵌锂为石墨插层化合物。

在一些实施例中，所述碳材料负极为锂离子电池中的具有吸光性质的碳材料负极。

在一些实施例中，所述锂离子电池为钴酸锂电池、镍酸锂电池、磷酸铁锂电池或锂二氧化锰电池。