银氮石墨烯气凝胶金属锂负极的制备与电化学性能研究

发布时间：2025-02-05 13:52

　　金属锂具有高比容量(3860 mAh g^-1)和最低的还原电位（-3.040 V vs.SHE）,被誉为电池储能界的“圣杯”,是下一代高性能电池的理想负极选择。然而,锂枝晶的生长、低库仑效率和安全问题限制了金属锂负极在二次电池中的实际应用。本文构造三维亲锂的银和氮掺杂石墨烯气凝胶材料,制备减缓锂枝晶生长的金属锂复合负极,旨在提高金属锂负极的安全性。采用水热法以及冻干和高温处理制备了三维多孔银石墨烯气凝胶（GA-Ag）,并探究出制备GA-Ag材料的最佳条件。一方面,三维多孔结构具有很高的比表面积,降低了电极的真实电流密度,为金属锂的沉积提供较大的空间;另一方面,加入的银可以为均匀的金属锂沉积提供强亲和力,降低金属锂成核过电位。基于上述两个原因的协同作用,在0.5 mA cm^-2,1 mAh cm^-2的测试条件下,金属锂沉积在GA-Ag电极上的库仑效率可以保持在99%以上循环120次。此外,沉积金属锂后,与Li Fe PO4（LFP）装配的全电池LFP/Li-GA-Ag全电池的比容量高达144 mAh g^-1

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【部分图文】：

图1-1锂离子电池的结构示意图[5]

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2所示，LIBs主要由正极、负极、膈膜和电解液四部分组成。图1-1锂离子电池的结构示意图[5]1.2.1锂离子电池的基本原理锂离子电池，又称为“摇椅式电池”，主要工作原理（正极以钴酸锂为例）如下[6]：C+xLi++xe-=LixC（负极）(1-1)....

图1-2锂离子电池的基本原理示意图[7]

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2所示，LIBs主要由正极、负极、膈膜和电解液四部分组成。图1-1锂离子电池的结构示意图[5]1.2.1锂离子电池的基本原理锂离子电池，又称为“摇椅式电池”，主要工作原理（正极以钴酸锂为例）如下[6]：C+xLi++xe-=LixC（负极）(1-1)....

图1-3充放电过程中锂枝晶的生长以及死锂的形成示意图[27]

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文41.3金属锂负极的研究进展及存在问题1.3.1金属锂负极概述随着化石能源的枯竭、新能源汽车和电子设备的发展，人们对能源的需求日益增强，目前锂离子电池正在接近其能量极限，正极NCM、NCA发展已经遇到瓶颈，难以满足日益增长的高能量密度电池和大规模储能....

图1-4（a）高维相和低维相的示意图；（b）表面能相对金属锂上可能的SEI成分的表面扩散能垒[25]

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文5在锂金属负极成为一种可行的技术之前，至少有四个主要的障碍：锂枝晶、固体电解质界面膜不稳定、循环过程中几乎无限的相对尺寸变化以及金属锂和电解质之间的持续反应不可逆转地消耗了这两种物质。1.3.2.1金属锂枝晶问题在充放电的过程中，金属锂易于枝晶状生长....

本文编号：4029937