金屬鋰具有較高的理論比容量（3840 m Ah/g）和較低的氧化還原電位（-3.04V）,被譽(yù)為比較有發(fā)展前景的新一代鋰電池負(fù)極材料之一。然而,在鋰的充放電循環(huán)過程中,其表面鋰枝晶的生長不受控制,且鋰與電解液之間容易發(fā)生副反應(yīng),從而導(dǎo)致金屬鋰負(fù)極循環(huán)穩(wěn)定性和安全性較差。本論文從抑制鋰枝晶生長以及減少鋰與電解液間副反應(yīng)的角度出發(fā),對金屬鋰負(fù)極進(jìn)行改性研究,制備出循環(huán)性能優(yōu)異且無鋰枝晶結(jié)構(gòu)生成的三維復(fù)合金屬鋰負(fù)極材料,為金屬鋰負(fù)極研究提供參考依據(jù)。采用高溫熔融法制備三維銅/鋰金屬負(fù)極,并通過物理表征測試研究負(fù)極的制備工藝對其電極結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:450℃的條件下制備出的三維銅/鋰金屬負(fù)極材料內(nèi)部鋰的分布均勻。該負(fù)極材料在20 C倍率的電流下,循環(huán)500次后放電比容量為67.4 m Ah/g,與金屬鋰負(fù)極相比,循環(huán)性能提升了65.6%。且循環(huán)500次后,三維銅/鋰金屬負(fù)極表面無明顯的鋰枝晶生成。泡沫銅的三維多孔結(jié)構(gòu)顯著的提高了金屬鋰的真實(shí)表面積,降低了電極表面真實(shí)電流密度,有助于穩(wěn)定SEI膜層的形成,從而抑制了鋰枝晶生長,最終提高了金屬鋰負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。為提高泡沫銅... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

金屬鋰表面鋰枝晶及“死鋰”生長示意圖

1-1 金屬鋰表面鋰枝晶及“死鋰”生長示意“死鋰”的形成對金屬鋰負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)面，鋰枝晶不受控制的生長最終會刺穿而短路，造成電池內(nèi)部電流過大，引發(fā)循環(huán)過程中活性鋰和電解液的不斷被消率逐漸降低。綜上所述，金屬鋰極高的導(dǎo)致鋰枝晶形成的根本原因，SEI 膜的列的循環(huán)穩(wěn)定性及安全性問題。對金屬 所示。

圖 1-4 顯微針表面處理技術(shù)處理后的鋰 SEM 圖 （a-c）俯視圖；（d-f）截面圖[41]Guo 等人采用還原法制備出帶有亞微米骨架結(jié)構(gòu)的三維銅箔[42]，這種結(jié)構(gòu)使得銅箔表面的電場分布更為均勻，沉積的鋰會形成納米尺寸的塊，并填充在骨架內(nèi)部，從而避免了形成鋰枝晶刺穿隔膜。Lu 等人通過外部施加機(jī)械壓力的方式將金屬鋰直接嵌入到三維銅網(wǎng)中，制備出具有三維結(jié)構(gòu)的鋰金屬負(fù)極[43]。與銅箔相比，該結(jié)構(gòu)能促進(jìn)鋰在電極表面的均勻沉積、溶解，達(dá)到了抑制鋰枝晶生長的目的。同時，三維多孔結(jié)構(gòu)能顯著降低電極表面的電流密度，降低了電池的內(nèi)部阻抗。（2）金屬鋰表面涂層 鋰的化學(xué)性質(zhì)非�；顫�，能與電解質(zhì)間發(fā)生副反應(yīng)，這是導(dǎo)致鋰負(fù)極應(yīng)用受到限制的一個主要因素。因此，若能通過一定的方法，在金屬鋰的表面涂覆上合適的涂層。一方面防止金屬鋰與電解質(zhì)間的直接接觸，另一方面還允許 Li+的自由傳輸，從而起到提高鋰電池循環(huán)穩(wěn)定性的作用。Zhu 等人采用旋轉(zhuǎn)涂布法在銅箔的表面涂覆一層厚度為 0.5 μm，且分布均勻的聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜[44]，之后用 HF 刻蝕薄膜，在其表面形成納米級離子通道。由于PDMS 薄膜的限制作用，在不同的電流密度條件下循環(huán)時，鋰枝晶的成核及生長現(xiàn)象均得到明顯的改善。將改性后的金屬鋰負(fù)極與 LiFePO


本文編號：2945145