抑制锂枝晶及改善锂负极循环稳定性的研究

发布时间：2020-04-08 04:53

【摘要】：能源为科技的快速发展提供了动力,提高了世界人民的生活水平。但是随着工业化扩张,广泛使用的不可再生能源如煤、石油、天然气等出现资源匮乏。因此找寻更加清洁、可再生且比能量高的新型能源成为目前各界的目标。随电动汽车产业逐步兴盛,市场对电池能量密度的需求越来越高,之前以石墨为阳级材料的锂离子电池的能量密度已经不能满足需求。即使研究者们已经采取了很多策略来提升锂离子电池的能量密度,包括电极材料或者电解液修饰,效果始终不尽人意。而锂金属由于其高理论比容量与低电位被认为是锂电池最为理想的负极材料。但锂金属电池的应用依然未能实现推广,原因在于两点:金属锂负极在循环充放电过程中的体积膨胀问题与循环过程中形成的死锂即锂枝晶刺穿隔膜导致电池短路甚至爆炸问题。因此如何在保证锂金属电池具有高库伦效率的情况下抑制电池循环充放电过程中的锂枝晶形成问题成为主要的研究热点。基于此研究思路,本文开展了两种实验设计和研究方向,获得结论如下:1.实验采用一种新型二元电解液即双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)/1,3-二氧五环(1,3-DOL)用于抑制锂枝晶生长和稳定锂金属的性能。组装好的电池在恒电流下进行测试。实验结果表明用2.5 M LiFSI/1,3-DOL的电解液组装电池,分别在恒电流密度为1.0 mA cm-2与0.5m A cm-2下极化,测试得其短路时间分别为72.3 h与190 h,电池库仑效率分别高达99.0%与99.5%。此方法可以有效抑制锂枝晶的生长且达到很高的库伦效率。2.实验制得一种凝胶聚合物电介质,将LiFSI与1,3-DOL在手套箱中按照体积比混合配置。测试结果显示3.5 M GELLiFSI-DOL凝胶聚合物电介质在电流密度为1.0 mA cm-2与0.5 mA cm-2时所测得短路时间为60.3 h与93 h,可以在电流密度为5 mA cm-2下稳定运行。测试表明在LiFSI电解质存在的环境下,溶剂1,3-DOL可能会发生开环聚合,这种溶剂聚合反应为之后的研究方向提供了参考。
【图文】：

图１．１邋ａ）锂离子电池ｂ）锂金属电池工作原理间逡逑

图１．２锂金属电池面临的问题Ｗ逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｐｒｏｂｌｅｍｓ邋ｉｎ邋ｌｉｔｈｉｕｍ邋ｍｅｔａｌ邋ｂａｔｔｅｒｉｅｓ１８】逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM912

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本文编号：2618919