金屬鋰具有極高的理論比容量（3860 mAh/g）,有希望能夠進一步提高現(xiàn)有電池體系的能量密度。目前鋰金屬負極的可充電電池并未商業(yè)化,其發(fā)展主要受到兩個方面的限制,一是在電池循環(huán)充放電過程中逐漸生長出的鋰枝晶,增大了刺穿隔膜進而引發(fā)電池短路造成熱失控的幾率,二是循環(huán)中體積的無規(guī)則巨大變化會降低電池庫侖效率,縮短循環(huán)壽命。鈦酸鋰鑭（LLTO）陶瓷材料耐高溫,化學結構穩(wěn)定,作為快離子導體具有較高的室溫離子電導率,良好的離子傳輸性能可以實現(xiàn)離子的快速遷移,以滿足電池循環(huán)的要求。比起顆粒材料,由長徑比大的纖維材料構成的二維纖維膜,其纖維的三維網(wǎng)絡分布結構可以調(diào)控金屬鋰負極表面的離子通量,同時可以滿足電池的形變要求。當纖維直徑從微米降至納米數(shù)量級時,由直徑細化帶來的尺寸效應和表面效應賦予納米纖維材料許多獨特性能。在已有的制備納米纖維的技術中,靜電紡絲纖維結構可調(diào)性好、宏觀制備可行性強、設備簡單、成本低廉,是目前實現(xiàn)納米纖維材料工業(yè)化生產(chǎn)的最具前景技術。本課題選擇聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作為聚合物模板,同時調(diào)節(jié)金屬醇鹽的水解及其與不同絡合劑之間的作用,獲得了可紡性強且均一穩(wěn)定的前驅(qū)體溶液,在優(yōu)化后... 

【文章來源】：五邑大學廣東省

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

汽油與典型鋰電池的實際比能量（粉色）和能量密度（藍色）的比較[7]

五邑大學碩士學位論文1緒論2了具有更高的能量密度外，還可以匹配不含鋰源的相變化合物做正極，這進一步降低了正極材料的成本。但是目前基于鋰金屬負極的可充電電池并未商業(yè)化，其發(fā)展主要受到兩個方面的限制，一是在電池循環(huán)充放電過程中逐漸生長出的鋰枝晶，增大了刺穿隔膜進而引發(fā)電池短路造成熱失控的幾率，二是在循環(huán)中體積的無規(guī)則巨大變化會降低電池庫侖效率，縮短循環(huán)壽命[9-11]。1.2金屬鋰負極保護的研究現(xiàn)狀在金屬鋰負極應用于商業(yè)化之前，需要克服巨大的挑戰(zhàn)就是安全性和可循環(huán)性。實現(xiàn)金屬鋰負極的無枝晶鋰沉積是實現(xiàn)其商業(yè)化的最基本要求。同時減少因低庫侖效率和鋰負極過電位的逐漸增加而導致循環(huán)期間的容量衰減，提高循環(huán)性能[12,13]。為了解決這些問題，我們需要對界面化學，鋰沉積行為及其相互關系有深刻的理解。1.2.1電解液添加劑固體電解質(zhì)中間相（SEI）是電池研究的重要組成部分，因金屬鋰的極低還原電位，任何電解質(zhì)都可以在金屬鋰表面處被反應消耗，形成SEI鈍化膜，其兼具離子傳導性和電子絕緣性。SEI膜具有雙層結構和多種成分，如圖1-2所示，靠近金屬鋰表面那側通常被稱為無機層，多為如Li2O，Li3N，LiF，LiOH和Li2CO3一般的低氧化態(tài)物質(zhì)；靠近電解液那側則多為有機成分，如ROCO2Li，ROLi和RCOO2Li（R是與溶劑有關的有機基團）[14-17]。與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，金屬鋰電池對SEI膜提出了更高的要求，除基本的離子傳導性和電子絕緣性之外，SEI膜需有均勻的形態(tài)和離子電導率，同時在循環(huán)過程中耐受界面波動影響。圖1-2(a)理想的SEI所具有的特性[14]；(b)SEI膜的馬賽克模型[15]

五邑大學碩士學位論文1緒論4生長也因其具有約200GPa的楊氏模量而被抑制了[49]。圖1-3示意圖顯示互連的空心碳球形成穩(wěn)定SEI層以及鋰沉積過程的對比[49]1.2.3穩(wěn)定主體材料所有的電池材料在循環(huán)過程中都存在體積變化問題，其中金屬鋰的相對體積變化是無限大的。為了減小金屬鋰循環(huán)過程中的相對體積變化，引入可預先儲存鋰的穩(wěn)定主體材料，利用電化學沉積法或者熔融鋰法來構建復合負極[50-52]。穩(wěn)定主體材料可以提供較大的表面積，可有效降低局部電流密度，有利于均勻的電化學沉積；減小鋰沉積/剝離過程中產(chǎn)生的體積變化以避免電池內(nèi)的應力波動，提高電池的使用壽命。Ji等設計了一種可隨金屬鋰體積變化而可逆膨脹/收縮的三維集流體，其高柔韌性和高導電性的碳納米管集束通過自組裝形成，再通過電化學沉積或者熔融灌注，可以獲得金屬鋰負載量高達81wt.%的復合鋰負極，有效減緩體積變化，從而使其在高電流密度（10mA/cm2）循環(huán)1000次后保持了2830mAh/g的質(zhì)量比容量[53]。特別重要的一點，主體材料是否具有親鋰性對制備復合鋰負極以及均勻鋰沉積有較大的影響。熔融鋰更易與具有優(yōu)異親鋰性的主體材料復合，金屬鋰與親鋰性物質(zhì)之間反應產(chǎn)生的負吉布斯能提供強大的驅(qū)動力，減小了液態(tài)熔融鋰的擴散阻力和鋰成核勢壘，可提供更多勢壘低的成核位點以均勻鋰沉積[54-56]。然而，大多數(shù)主體材料并不具備親鋰性，因此常對主體材料進行表面親鋰改性，其中能與鋰發(fā)生化學反應的材料是親鋰改性的最好選擇，如通過ZnO[57-59]、原位合成CuO[60,61]等來提供親鋰性。1.3鈦酸鋰鑭陶瓷材料的合成現(xiàn)狀


本文編號：3245986