由于金屬鋰具有高的理論容量（3860 mAh·g-1）和低電勢（-3.0405 V vs.S.H.E）的特點,對高性能的二次電池來說是一個理想型負極。然而,由于金屬鋰負極在循環(huán)過程中不可控的沉積/溶解行為以及鋰金屬與電解液的副反應(yīng)造成了電池的內(nèi)部短路和鋰枝晶的產(chǎn)生,最終導(dǎo)致電池的安全性和失效問題。在本研究中,設(shè)計了三種方法對金屬鋰進行改性和保護,通過不同的電化學(xué)性能測試進行了驗證,其結(jié)果如下:（1）由PVDF-HFP和納米AlPO4組成的人造SEI膜保護金屬鋰負極,該保護膜的厚度為8.5μm,楊氏模量為1.6 Gpa,擁有好的機械性能,可以很大程度上抑制鋰枝晶的生長。人造SEI膜保護的金屬鋰負極所裝配Li|LiFePO4全電池在1C倍率下循環(huán)400圈后仍有90%的容量保持率;Li|Li半電池在電流密度為3 mA·cm-2,容量為2mAh·cm-2的情況下,電池可以穩(wěn)定地循環(huán)750圈,并且有著375 mV的低極化電壓。（2）利用PVDF-HFP/DMF/DMSO溶液在金屬鋰表面原位生成一層有機-無機梯度膜,靠近金屬鋰的一側(cè)是LiF,具有高的表面能和低的擴散勢壘,被稱為LiF-rich s... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２?（ａ）?ＬｉｘＳｉ改性金屬鋰箔的構(gòu)造過程和鋰在ＬｉｘＳｉ改性的金屬鋰箔（ｂ）與原始鋰箔??（ｃ）上的沉積示意圖［６１］??

著延長了電池的循環(huán)壽命并增強了循環(huán)穩(wěn)??定性。相比未經(jīng)保護的Ｌｉ金屬陽極，被ＡＰＬ保護的Ｌｉ金屬陽極在Ｌｉ?｜?ＬｉＦｅＰ〇４（ＬＦＰ）??全電池中的循環(huán)壽命延長了?２．５倍，整個循環(huán)過程中保持著９９．２％以上的高庫倫??效率，并且循環(huán)后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過保護的鋰陽極展現(xiàn)出無枝晶態(tài)。ＰＶＤＦ－ＨＦＰ由于其??獨特的性質(zhì)在保護金屬鋰方法中扮演了一個重要角色。采用固態(tài)法和旋涂法制備??了由聚（偏二氟乙�。玻ǎ校郑模疲龋疲校冢睿蠌�(fù)合膜和ＺｎＯ緩沖層組成??的雙層結(jié)構(gòu)［６６］（如圖１－３），以保護Ｌｉ金屬。在室溫下，通過一個簡單的低溫固??相合成將ＺｎＯ納米棒制備到Ｌｉ金屬表面作為緩沖層，除此之外，然后通過旋涂??制備ＰＶＤＦ－ＨＦＰ?／ＺｎＯ復(fù)合膜以固定ＺｎＯ緩沖層。通過這種方式，成功地在Ｌｉ??金屬的表面上構(gòu)建了雙層結(jié)構(gòu)。與裸Ｌｉ電極相比，受保護的Ｌｉ電極具有穩(wěn)定的??電壓特性和長壽命的優(yōu)點。在Ｌｉ金屬和ＰＶＤＦ－ＨＦＰ?／?Ｚｎ？復(fù)合膜之間的ＺｎＯ緩??沖層可以顯著降低電池電阻，這是由于在ＺｎＯ納米棒表面形成ＬｈＯ，可以引導(dǎo)??Ｌｉ＋流體均勻地沉積在Ｌｉ金屬上。從現(xiàn)有的在Ｌｉ金屬上使用單層保護膜的方法??來看，該方法也是首次實現(xiàn)了在Ｌｉ金屬表面使用ＺｎＯ無機緩沖層來構(gòu)建無機／有??機雙層膜來保護鋰金屬。??取?’??Ｚ＿０??■ａｎｏｒｏｄ?ｍ／ｌ??ｄｅｔｅｒ?ｂＵｄ，?＾?Ｖ??圖１＿３?ＰＶＤＦ－ＨＦＰ／ＺｎＯ膜的構(gòu)造示意圖［６６】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＰＶＤＦ＿ＨＦＰ／ＺｎＯ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ＾６６】??９??

?＾?＞?Ｈｉｇｈ?ｏｘｉｄａｔｉｖｅ?ｓｔａｂｉｌｉｔｙ?Ｗ??Ｎ?＞?Ｈｉｇｈ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｓｔａｂｉｌｉｔｙ??Ｉ?＞１＾）１＾?Ｉ?＞?ＬＯＷ?ｖｏｌａｔｉｌｉｔｙ?■ＢＨ｜??ｏ?Ｖ?ＬｉＰＦ６?＞?Ｈｉｇｈ?ｃａｒｒｉｅｒ?ｄｅｎｓｉｔｙ??？?＞?ＥＣ?＞?Ｆａｓｔ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｒｅａｃｔｉｏｎ??＞?Ｌｏｗ?ｐｏｌｙｓｕｌｆｉｄｅ?ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ，?ｅｔｃ．??０?１２?３?４??Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?／?ｍｏｌ?ｄｍ１??圖１－５不同濃度電解液中的導(dǎo)離子率曲線和高濃度電解液的多種功能［７７］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－５?Ｉｏｎｉｃ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?Ｌｉ－ｓａｌｔ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ａｎｄ?ｔｈｅ??ｖａｒｉｏｕｓ?ｕｎｕｓｕａｌ?ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ?ｏｆ?ｈｉｇｈｌｙ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ＾７７】??由于金屬鋰和液態(tài)電解質(zhì)的高反應(yīng)活性嚴重阻礙了金屬鋰電池的商業(yè)化應(yīng)??用，所以人們試圖將電解液做成固態(tài)形式，不僅可以避免金屬鋰的反應(yīng)，而且與??液態(tài)電解質(zhì)相比，固態(tài)電解質(zhì)有著較好的機械剛性，當有鋰枝晶的產(chǎn)生時，也無??法造成電池短路，降低金屬鋰電池的安全性問題［８２］。在固態(tài)電解質(zhì)中，大致分為??兩種：聚合物固態(tài)電解質(zhì)和無機物固態(tài)電解質(zhì)。在對于金屬鋰電池的研究中，由??于單獨聚合物的機械強度較低，不足以抑制金屬鋰枝晶的生長，所以將聚合物和??一些有機物等結(jié)合在一起。當將聚合物和顆粒結(jié)合時，機械混合的方法容易導(dǎo)致??顆粒團聚，使得離子電導(dǎo)率價格，所

【參考文獻】：
期刊論文
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