發(fā)布時(shí)間：2021-01-02 07:09

　　金屬鋰擁有極高的理論比容量3860 mAh/g、最低的電勢(shì)電位-3.04 V（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氫電極）以及較低的密度0.534 g/cm³,同時(shí)擁有良好的導(dǎo)電性,是下一代高能量密度電池負(fù)極材料有力的“候選者”。然而,金屬鋰在電化學(xué)反應(yīng)過程中存在較高的反應(yīng)活性、不均勻的鋰沉積、巨大的體積膨脹、不規(guī)則的鋰枝晶生長(zhǎng)等問題,使得鋰金屬的商業(yè)化舉步維艱。目前,為了解決鋰金屬面臨的這些問題,主要方法有:鋰金屬的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電解液改性、人工固體電解質(zhì)界面膜（SEI）、隔膜改性等。本論文主要從構(gòu)造人工SEI膜入手,通過在金屬鋰表面修飾功能性的聚氨酯基人工固體電解質(zhì)膜,提升鋰離子在鋰金屬表面均勻沉積,避免鋰枝晶的生成,從而達(dá)到提高鋰負(fù)極穩(wěn)定性的目的。主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）通過均勻涂覆的方式,在鋰金屬表面構(gòu)筑一層人造SEI膜。本章主要通過將PEG₅₀₀和二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）反應(yīng)形成線性聚氨酯,再與鋰鹽氟化鋰（LiF）結(jié)合形成鋰鹽復(fù)合型人造SEI膜（AMF）。AMF膜擁有良好熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能,能夠起到物理隔離作用,避免了電解液和鋰金屬接觸造成的電解液持續(xù)分解問... 

【文章來源】：江漢大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖

總反應(yīng)方程式:LiFePO4+6xC→Li1-xFePO4+LixC6。鋰離子電池作為鋰二次電池的一種典型代表,但鋰二次電池還包括以鋰金屬作為負(fù)極材料,正極采用具有嵌入型結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰(LiCoO2)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)等材料,也有的是O2、S等基于轉(zhuǎn)換反應(yīng)的材料的一類電池[15]。以LiFePO4-Li為例的工作原理如下所示:

鋰金屬作為鋰電池的負(fù)極材料擁有極高的理論比容量3860 mAh/g和最低的電勢(shì)電位-3.04 V(相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氫)以及較低的重量密度0.534 g/cm3,同時(shí)擁有良好的導(dǎo)電性,由于交換電流密度大,因此鋰電極在反應(yīng)中產(chǎn)生的極化非常小,這些都是鋰金屬作為負(fù)極不可忽略的優(yōu)勢(shì)[16]。然而鋰金屬作為負(fù)極也面臨著重重的困難(圖1-3),其中最大的問題就是循環(huán)性能和安全問題,而引起這些問題的根本原因就是鋰金屬的高反應(yīng)活性和鋰枝晶的形成。由于鋰金屬的活性很高,在傳統(tǒng)的液態(tài)電解液體系中,會(huì)立即形成固態(tài)電解質(zhì)膜(SEI)。理想的SEI可以有效的抑制鋰金屬與電解質(zhì)的進(jìn)一步反應(yīng),抑制鋰枝晶的形成。但鋰金屬表面的SEI往往不是很理想無法保護(hù)鋰金屬不與電解液進(jìn)一步反應(yīng),使得SEI和電解液不斷干化,最終導(dǎo)致電解液大量消耗、活性鋰離子大量損失[17]。同時(shí),鋰離子在循環(huán)過程中的沉積更偏向樹枝狀或者三維狀或苔蘚狀的沉積形式,這樣的沉積形式就會(huì)造成鋰枝晶的不規(guī)則生長(zhǎng),鋰枝晶在生長(zhǎng)過程中斷裂堆積則成為不會(huì)貢獻(xiàn)容量的“死鋰”導(dǎo)致低的庫倫效率;持續(xù)生長(zhǎng)的鋰枝晶則有可能穿破隔膜,使正負(fù)極短接,造成熱失控,進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。更為嚴(yán)重的是,鋰金屬陽極由于死鋰的大量堆積引起體積的無限變化會(huì)使其孔隙率增大,由致密結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗫仔螒B(tài),造成結(jié)構(gòu)疏松,最終導(dǎo)致容量的衰減[18]。因此,要實(shí)現(xiàn)鋰金屬的大規(guī)模應(yīng)用,必須要改進(jìn)鋰金屬的沉積形式,即在安全性能得到保障的情況下,進(jìn)一步解決電池在循環(huán)過程中的低庫倫效率以及鋰金屬體積膨脹造成的負(fù)極活性物質(zhì)的損失即容量迅速衰減的問題。1.3.1 鋰負(fù)極存在的問題

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]鋰金屬電極/電解質(zhì)界面的第一性原理研究[D]. 吳小紅.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所) 2019
[2]鋰金屬電池固態(tài)電解質(zhì)構(gòu)筑及表界面微觀機(jī)制研究[D]. 汶凱華.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所) 2018
[3]金屬鋰負(fù)極的穩(wěn)定化設(shè)計(jì)及在高比能電池中的應(yīng)用研究[D]. 劉崇武.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所) 2018



本文編號(hào)：2952898