高性能碱金属电池的铜集流体电极改性研究
发布时间：2022-02-08 14:27
锂/钠金属负极具有低氧化还原电势和高容量,因此直接用锂/钠金属负极代替碳或合金类的负极,在锂/钠离子电池中是非常需要的。然而,在反复沉积/溶解过程中,锂/钠金属枝晶生长和低库仑效率等难以克服的问题阻碍了锂/钠金属负极在高能量电池中的实际应用。实现均匀的成核和构建稳定均匀的固态电解质界面膜（SEI膜）是解决这些问题的两种有效策略,并且因为铜箔是电池工业中常用的负极集流体,能在商用铜集流体上实现这些是具有实际意义的。本文在铜集流体建立亲锂性表面层和人工保护层的简便方法,改善了锂/钠金属沉积/溶解行为,为稳定锂/钠金属负极提供了新的方法。采用化学镀的方法,在铜箔上构建了纳米结构的亲锂银层,用于锂金属集流体。均匀分布在铜箔上的亲锂性银颗粒,可以减少电极的成核过电位,确保锂的均匀成核和随后的光滑的锂沉积。结果表明,在1 mA cm-2的电流密度下,修饰后的铜集流体能够稳定循环高达360 h,并且在1 mA cm-2下实现100个循环内的平均库伦效率高达94.5%。此外,Li@CuAg||LiFePO4全电池也具有好的循环性能和低的...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂金属负极起源于其高反应性和巨大的体积变化引起的问题之间的相关性[20]
循环的钠金属电池示意图
Cui 等证明了通过操纵 Li2S8和 LiNO3的化学反应，可以有效地抑制锂枝晶的生长[40]。而且通过控制 Li2S8和 LiNO3的浓度，可以在锂上形成稳定且均匀的 SEI 表面，极大地减少电解液的分解和枝晶的生长。在边缘锂沉积区域（由于缺乏物理的限制，枝晶最容易生长的地方。）进行观察——锂离子电池中最容易在快速充电和长期循环期间形成锂枝晶地区，他们发现在这两种添加剂的协同作用下，电流密度为 2 mA cm-2和沉积的锂容量为 6 mAh cm-2（约为商用锂离子电池的容量的两倍）都没有锂枝晶的生成。他们的研究结果还表明了长期以来一直被认为是锂硫电池的副反应，可以通过适当的控制，使电池受益。Zhang 等在 LiTFSI-LiBOB 双盐碳酸盐电解液中，优化了 LiPF6的最佳添加量（0.05 M），可以极大地改善锂金属电池的充电性能和可循环性能[41]。在电流密度为 1.75 mA cm-2和电极负载容量为 1.75 mAh cm-2的时候，实现稳定循环以及几乎不变的电极过电位。微量的 LiPF6添加剂不仅在稳定铝集流体方面起着关键作用，而且更重要的是还能诱导了一个坚固且导电的 SEI 膜（富含聚碳酸酯），聚碳酸酯可以有效地将孤立/“死”锂金属结合到块状锂金属负极中。增强的界面稳定性允许锂金属电池在大电流密度下的可持续运行。
本文编号：3615230
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂金属负极起源于其高反应性和巨大的体积变化引起的问题之间的相关性[20]
循环的钠金属电池示意图
Cui 等证明了通过操纵 Li2S8和 LiNO3的化学反应，可以有效地抑制锂枝晶的生长[40]。而且通过控制 Li2S8和 LiNO3的浓度，可以在锂上形成稳定且均匀的 SEI 表面，极大地减少电解液的分解和枝晶的生长。在边缘锂沉积区域（由于缺乏物理的限制，枝晶最容易生长的地方。）进行观察——锂离子电池中最容易在快速充电和长期循环期间形成锂枝晶地区，他们发现在这两种添加剂的协同作用下，电流密度为 2 mA cm-2和沉积的锂容量为 6 mAh cm-2（约为商用锂离子电池的容量的两倍）都没有锂枝晶的生成。他们的研究结果还表明了长期以来一直被认为是锂硫电池的副反应，可以通过适当的控制，使电池受益。Zhang 等在 LiTFSI-LiBOB 双盐碳酸盐电解液中，优化了 LiPF6的最佳添加量（0.05 M），可以极大地改善锂金属电池的充电性能和可循环性能[41]。在电流密度为 1.75 mA cm-2和电极负载容量为 1.75 mAh cm-2的时候，实现稳定循环以及几乎不变的电极过电位。微量的 LiPF6添加剂不仅在稳定铝集流体方面起着关键作用，而且更重要的是还能诱导了一个坚固且导电的 SEI 膜（富含聚碳酸酯），聚碳酸酯可以有效地将孤立/“死”锂金属结合到块状锂金属负极中。增强的界面稳定性允许锂金属电池在大电流密度下的可持续运行。
本文编号：3615230
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