电解液添加剂对锂金属负极枝晶抑制及电化学性能研究
发布时间：2020-12-19 16:34
随着电动汽车的飞速发展和各行各业对电子设备要求的不断提升,人们对锂离子电池的需求已经不仅仅满足于当前发展状况,因此研究并开发更高性能的锂电池材料已经显得尤为关键。由于在锂金属负极电池中锂金属具有高容量和低电势的优点,锂金属都被认为是有希望的下一代的电极材料的候选者。然而,安全问题、较低的循环寿命以及不可控制的锂枝晶生长成为研究中需要重点解决的问题。本论文将采用一种薄膜状物质作为电解液的添加剂用于抑制锂金属负极电池中锂枝晶的生长,从而提高电池的循环稳定性,循环寿命和安全性。本论文中以三种不同的物质作为电解液添加剂,分别是已经商业化使用的混合纤维素酯微孔滤膜,由聚丙烯腈（PAN）、二氧化锰（MnO2）和N-N二甲基甲酰胺（DMF）静电纺丝制得的薄膜和由聚丙烯腈（PAN）、二氟化镁（MgF2）和N-N二甲基甲酰胺（DMF）静电纺丝制得的薄膜。分别将三种薄膜加入铜|锂非对称电池和锂|锂对称电池中作为电解液的添加剂,通过观察充放电循环后电池内部锂枝晶的生长情况分析三种不同的电解液添加剂对锂枝晶的抑制机理。论文重点根据电化学性能测试分析了加入三种不同添加...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池应用领域图
中国地质大学（北京）硕士学位论文5Li+C6==LiC6（1-1）图1-2锂离子电池工作原理图1.4锂离子电池应用及现状高端通信终端、电动汽车行业、航空航天领域、大型储能站等新兴行业已经进入了飞速发展的阶段，因此高能量密度电池的研发已成为当务之急。鉴于寿命和安全性，现有的“摇椅式”锂离子电池（LIBs）是合适的选择。但是即使插入式LIB系统的能量密度通过调节电池的每个部件能接近其理论值，却仍然远低于预期能量水平。主要原因在于循环过程中的单离子嵌入反应严格限制了正极的能力。无论是层状LiCoO2、富Li或富Ni的LiMO2（M=Ni、Co、Mn等）、掺杂尖晶石LiMxMn2-xO4（M=Ni、Cu、Cr、V等）还是橄榄石LiFePO4，它们都不能实现大于250mAh/g的容量。这种情况促进了基于多离子反应的正极的发展，例如理论容量高达1672mAh/g的S和O2。
绪论6图1-3.不同电池比容量对比图值得一提的是，这些无锂正极只有在与含锂负极配对时才能投入实际应用。金属锂本身可以作为S和O2正极的理想负极，因为它具有最高的理论容量（3860mAh/g），最低的密度（0.59gcm-3）和最负的电化学电位（-3.04V）。与现有的LIBs相比，金属锂作为负极进一步提高了锂金属电池（LMB）的能量密度，如图1-3所示，Li-O2和Li-S电池系统分别具有高达3505Whkg-1和2567Whkg-1的理论能量密度。这些锂金属电池系统充分发挥了金属锂的优势，具有满足新兴行业严格要求的巨大潜力。1.5锂金属电池概况1.5.1锂金属电池的工作原理锂金属电池的工作原理如图1-4所示是在电池的充放电循环过程中锂金属在其自身表面不断进行的锂离子沉积和被剥离的电化学过程，其充放电反应方程式（1-2）可表示为：Li=Li-+e-（1-2）金属锂的是非常活泼的金属，它几乎可以和所有电池内部的电解液发生化学反应，因此当锂金属负极电池第一周充放电循环过程中，不断嵌入锂和脱出锂的过程中，金属锂和电解液相互接触得到的产物溶解性极低并且会大量沉积在锂金属的表面。随着锂金属负极循环过程的不断继续，SEI膜就会形成。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Electrolyte additive maintains high performance for dendrite-free lithium metal anode[J]. Manshu Zhang,Renjie Liu,Zekun Wang,Xiyuan Xing,Yangai Liu,Bingbing Deng,Tao Yang. Chinese Chemical Letters. 2020(05)
[2]锂离子电池隔膜材料研究进展[J]. 王振华,彭代冲,孙克宁. 化工学报. 2018(01)
[3]A low cost composite quasi-solid electrolyte of LATP, TEGDME,and LiTFSI for rechargeable lithium batteries[J]. 黄杰,彭佳悦,凌仕刚,杨琪,邱纪亮,卢嘉泽,郑杰允,李泓,陈立泉. Chinese Physics B. 2017(06)
[4]静电纺丝法制备纳米纤维及其应用进展[J]. 王翠平,叶柳,李爱侠,张子云,戴鹏. 大学物理实验. 2016(06)
[5]高效无针静电纺丝研究进展[J]. 王飞龙,邵珠帅. 纺织导报. 2014(01)
[6]锂离子电池电解液[J]. 廖红英,程宝英,郝志强. 新材料产业. 2003(09)
博士论文
[1]基于分形原理的静电纺丝技术研究和锂电池隔膜研发[D]. 杨文秀.天津工业大学 2016
[2]气泡静电纺丝技术及其机理研究[D]. 刘雍.东华大学 2008
[3]静电纺丝法制备聚合物纳米纤维及其应用[D]. 姚永毅.四川大学 2004
本文编号：2926225
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池应用领域图
中国地质大学（北京）硕士学位论文5Li+C6==LiC6（1-1）图1-2锂离子电池工作原理图1.4锂离子电池应用及现状高端通信终端、电动汽车行业、航空航天领域、大型储能站等新兴行业已经进入了飞速发展的阶段，因此高能量密度电池的研发已成为当务之急。鉴于寿命和安全性，现有的“摇椅式”锂离子电池（LIBs）是合适的选择。但是即使插入式LIB系统的能量密度通过调节电池的每个部件能接近其理论值，却仍然远低于预期能量水平。主要原因在于循环过程中的单离子嵌入反应严格限制了正极的能力。无论是层状LiCoO2、富Li或富Ni的LiMO2（M=Ni、Co、Mn等）、掺杂尖晶石LiMxMn2-xO4（M=Ni、Cu、Cr、V等）还是橄榄石LiFePO4，它们都不能实现大于250mAh/g的容量。这种情况促进了基于多离子反应的正极的发展，例如理论容量高达1672mAh/g的S和O2。
绪论6图1-3.不同电池比容量对比图值得一提的是，这些无锂正极只有在与含锂负极配对时才能投入实际应用。金属锂本身可以作为S和O2正极的理想负极，因为它具有最高的理论容量（3860mAh/g），最低的密度（0.59gcm-3）和最负的电化学电位（-3.04V）。与现有的LIBs相比，金属锂作为负极进一步提高了锂金属电池（LMB）的能量密度，如图1-3所示，Li-O2和Li-S电池系统分别具有高达3505Whkg-1和2567Whkg-1的理论能量密度。这些锂金属电池系统充分发挥了金属锂的优势，具有满足新兴行业严格要求的巨大潜力。1.5锂金属电池概况1.5.1锂金属电池的工作原理锂金属电池的工作原理如图1-4所示是在电池的充放电循环过程中锂金属在其自身表面不断进行的锂离子沉积和被剥离的电化学过程，其充放电反应方程式（1-2）可表示为：Li=Li-+e-（1-2）金属锂的是非常活泼的金属，它几乎可以和所有电池内部的电解液发生化学反应，因此当锂金属负极电池第一周充放电循环过程中，不断嵌入锂和脱出锂的过程中，金属锂和电解液相互接触得到的产物溶解性极低并且会大量沉积在锂金属的表面。随着锂金属负极循环过程的不断继续，SEI膜就会形成。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Electrolyte additive maintains high performance for dendrite-free lithium metal anode[J]. Manshu Zhang,Renjie Liu,Zekun Wang,Xiyuan Xing,Yangai Liu,Bingbing Deng,Tao Yang. Chinese Chemical Letters. 2020(05)
[2]锂离子电池隔膜材料研究进展[J]. 王振华,彭代冲,孙克宁. 化工学报. 2018(01)
[3]A low cost composite quasi-solid electrolyte of LATP, TEGDME,and LiTFSI for rechargeable lithium batteries[J]. 黄杰,彭佳悦,凌仕刚,杨琪,邱纪亮,卢嘉泽,郑杰允,李泓,陈立泉. Chinese Physics B. 2017(06)
[4]静电纺丝法制备纳米纤维及其应用进展[J]. 王翠平,叶柳,李爱侠,张子云,戴鹏. 大学物理实验. 2016(06)
[5]高效无针静电纺丝研究进展[J]. 王飞龙,邵珠帅. 纺织导报. 2014(01)
[6]锂离子电池电解液[J]. 廖红英,程宝英,郝志强. 新材料产业. 2003(09)
博士论文
[1]基于分形原理的静电纺丝技术研究和锂电池隔膜研发[D]. 杨文秀.天津工业大学 2016
[2]气泡静电纺丝技术及其机理研究[D]. 刘雍.东华大学 2008
[3]静电纺丝法制备聚合物纳米纤维及其应用[D]. 姚永毅.四川大学 2004
本文编号：2926225
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2926225.html
