本文選題：金屬鋰 + 界面�。� 參考：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)》2017年博士論文

【摘要】：金屬鋰負極具有最負的電極電勢(-3.045Vv.s.標準氫電極)、金屬中的最輕的摩爾質(zhì)量和理論密度(6.9g/mol,0.534g/cm3),是高能量密度電池的終極理想負極。在鋰硫、鋰空和固態(tài)電池大的發(fā)展背景下,科學(xué)家和企業(yè)開始重新審視金屬鋰負極。金屬鋰本身高的反應(yīng)活性、不均勻沉積和無限體積膨脹三大缺點,是商業(yè)化應(yīng)用面臨的三座大山。許多科學(xué)家對此提出許多改性方法。在液態(tài)電池中主要可以從復(fù)合Li-C電極、包覆鋰電極、開發(fā)溶劑-鋰鹽新配方、探索添加劑、涂覆隔膜、設(shè)計電極結(jié)構(gòu)、開發(fā)合金電極和設(shè)計充放電模式八個方面進行。針對金屬鋰的以上問題,本論文開展了以下三方面研究:1)我們設(shè)計了一種嵌入不銹鋼樣品托的平整化的鋰電極,并利用此鋰電極研究了金屬鋰沉積-脫出順序?qū)饘黉囏摌O表面形貌的影響。在鋰先脫出后沉積時,苔蘚狀和枝晶狀的鋰主要出現(xiàn)在孔洞之中。其中有一些在第二周放電時仍未消失,表明了鋰電極表面有"死鋰"的形成。鋰先在金屬鋰表面沉積的過程中,在首次充電之后,發(fā)現(xiàn)鋰以粒狀形式在表面沉積,在首周放電之后,相當(dāng)一部分粒狀的鋰仍然在表面存在,并且在鋰電極表面出現(xiàn)一些孔洞結(jié)構(gòu)。我們認為,枝晶狀、粒狀和苔蘚狀的鋰的不均勻沉積-脫出和孔結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)都與鋰電極表面SEI的覆蓋致密度和均勻程度以及其成分有關(guān)。因此,鋰電極表面SEI的覆蓋致密程度和均勻性是影響金屬鋰沉積和脫出以及金屬鋰循環(huán)性能的一個重要因素。2)我們利用SPM設(shè)備平臺,開發(fā)了力曲線和PF-TUNA的方法,進行金屬鋰表面SEI在循環(huán)前后覆蓋度和SEI結(jié)構(gòu)的研究。利用力曲線方法,首次表征了鋰薄膜表面楊氏模量的大小和分布。通過研究浸泡電解液之后鋰薄膜表面SEI的楊氏模量大小、結(jié)構(gòu)和分布,發(fā)現(xiàn)在浸泡之后金屬鋰表面形成了多層的SEI保護層。且高楊氏模量與低楊氏模量層交替分布。通過PF-TUNA的方法,首次分析了金屬鋰負極表面電流的大小和微觀分布。并研究了不同充放電態(tài)和充放電制度下鋰表面形貌和電流分布的變化。從微觀的角度,提出了一種鋰離子在鋰表面沉積-脫出的機制。即在金屬鋰表面鋰離子處于富集狀態(tài)的時候,無論是鋰的沉積還是脫出,對金屬鋰表面形貌的平整化和SEI的均勻生長都是有利的。為了達到鋰表面鋰離子濃度相對富集的狀態(tài),可以采用小電流充電,大電流放電。這為更好的保護鋰負極提供了一種理論依據(jù)。3)我們從不同物相前驅(qū)體對金屬鋰處理的角度出發(fā),提出了幾種在金屬鋰表面包覆鋰緩沖層的方法。氣氛處理保護金屬、Li2S-P2S5添加劑保護金屬鋰、LiPON包覆金屬鋰和Cu3N包覆金屬鋰。并通過進一步優(yōu)化工藝,獲得了保護較好的鋰負極。并在鋰對稱電池、鋰銅電池、鋰硫電池體系獲得了較好的效果。通過以上工作,我們初步弄清楚了液體電池中,鋰的沉積-脫出順序?qū)饘黉囏摌O的影響,鋰表面SEI的結(jié)構(gòu)、分布及其電化學(xué)過程中的演化,并通過一些手段改性了金屬鋰負極,獲得了一定的效果。為金屬鋰在固態(tài)電池中的研究提供了 一定的基礎(chǔ)。
[Abstract]:In this paper , we have developed a method for improving the surface morphology of metal lithium by using the method of Li - sulfur , lithium - free and solid - state batteries . The effect of the deposition - release order of lithium on the negative electrode of lithium metal , the structure , distribution of the lithium surface SEI and the evolution of the electrochemical process of the lithium surface SEI , and the effect of some means on the negative electrode of the lithium metal are obtained . The research of the lithium metal lithium in the solid state battery provides a certain basis .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM912

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 曉楓;金屬鋰[J];現(xiàn)代化工;1981年05期

2 楊素麗;日本電池用金屬鋰[J];稀有金屬;1988年04期

3 ;金屬鋰[J];電池;1983年03期

4 楊斌，，戴永年，王達健;金屬鋰的制備及應(yīng)用[J];昆明理工大學(xué)學(xué)報;1996年06期

5 汪家銘;金屬鋰開發(fā)應(yīng)用蘊含商機[J];應(yīng)用科技;1999年11期

6 吳梅芬;溫兆銀;劉宇;;四氫呋喃預(yù)處理對吡咯修飾金屬鋰電極性能的影響[J];物理化學(xué)學(xué)報;2011年07期

7 金哲男;鄭貴山;張福順;李席孟;;熔鹽萃取法深度除去金屬鋰中鈉和鉀的熱力學(xué)分析[J];東北大學(xué)學(xué)報;2006年12期

8 劉雯;郭瑞;解晶瑩;;金屬鋰負極改性研究現(xiàn)狀[J];電源技術(shù);2012年08期

9 許文;金屬鋰帶的加工工藝[J];新疆大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2003年03期

10 丁飛;張晶;楊凱;王磊;易煒;劉興江;;金屬鋰電極在KOH堿性溶液中的腐蝕研究(Ⅰ)[J];電源技術(shù);2008年02期

相關(guān)會議論文 前4條

1 桑林;丁飛;劉興江;楊凱;張晶;;零腐蝕的水溶液體系金屬鋰電池研究[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

2 狄躍忠;董維維;武小雷;王紫千;馮乃祥;;硅鐵真空熱還原提取鋰的實驗研究[A];第九屆真空冶金與表面工程學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2009年

3 狄躍忠;董維維;武小雷;王紫千;馮乃祥;;硅鐵真空熱還原提取鋰的實驗研究(英文)[A];真空技術(shù)與表面工程——第九屆真空冶金與表面工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

4 楊學(xué)林;溫兆銀;朱修劍;;全固態(tài)可充鋰電池鋰負極動態(tài)電沉積研究[A];第十二屆中國固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集稀土專輯[C];2004年

相關(guān)重要報紙文章 前8條

1 朱峽;金屬鋰蘊含巨大市場潛力[N];中國經(jīng)濟導(dǎo)報;2006年

2 吳峰;金屬鋰提取技術(shù)獲新進展[N];中國有色金屬報;2005年

3 冷月;金屬鋰提取工藝優(yōu)化研究通過驗收[N];中國有色金屬報;2005年

4 新疆昊鑫鋰鹽開發(fā)有限公司 孫建疆;真空熱還原法生產(chǎn) 金屬鋰工業(yè)化探究[N];新疆科技報(漢);2008年

5 本報記者 白樺;天齊鋰業(yè) 首季收入增長28.94%[N];中國證券報;2011年

6 記者 漆小均;天齊鋰業(yè)產(chǎn)能逐步釋放 一季度增收近三成[N];上海證券報;2011年

7 古月;用空氣發(fā)電[N];電腦報;2009年

8 記者 曹繼軍 顏維琦;我科學(xué)家“電位穿越”發(fā)明新型水鋰電[N];光明日報;2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 李文俊;金屬鋰電池中鋰負極的研究及其保護[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所);2017年

2 丁飛;高比能量二次鋰電池中金屬鋰負極材料的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

3 王崇;三維網(wǎng)狀金屬鋰及過渡金屬氧化物負極制備與性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

4 狄躍忠;真空金屬熱還原制取金屬鋰的實驗研究[D];東北大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 林智群;真空熱還原提取金屬鋰的新工藝[D];昆明理工大學(xué);2002年

2 樊粉霞;真空鐵熱還原制備金屬鋰的研究[D];昆明理工大學(xué);2012年

3 王崇;鋰二次電池泡沫金屬鋰負極研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

4 逯霞;工業(yè)級金屬鋰凈化設(shè)備的熱平衡計算[D];新疆大學(xué);2012年

5 狄曉亮;2000安培電解槽制取金屬鋰優(yōu)化工藝研究[D];中國科學(xué)院研究生院（青海鹽湖研究所 ）;2005年

6 孫建;富集金屬鋰微生物菌株的篩選及其富集特性的研究[D];天津大學(xué);2009年

本文編號：1814158