高比能锂二次电池金属锂负极的研究

发布时间：2020-02-06 08:47

【摘要】：金属锂的理论比容量为3860mAh/g，是目前已知的质量比容量最高的电池负极材料之一，以金属锂作为负极的金属锂二次电池长期受到人们的关注。目前金属锂二次电池存在循环效率低、锂枝晶和安全性低的问题，尤其是安全问题，电池在短路和过充过放过程中会产生体系的热量失控，甚至体系会发生爆炸。影响金属锂负极电化学性能的主要因素是锂负极表面的固体电解质界面膜（SEI膜）的性能，所以形成性能良好的SEI膜是提高金属锂负极电化学性能的关键。本文正是从改善以上问题为出发点分别展开了对金属锂二次电池的溶剂，锂盐和添加剂等三个方面的研究。 对于金属锂二次电池锂负极来说，电解质对锂负极性能的影响是至关重要的，并且现有文献中并没有系统报道过不同溶剂和锂盐对锂电极的影响，故本实验把现有实验室中电池用的溶剂和锂盐进行研究。在实验中逐一研究单个溶剂和锂盐对于锂负极的影响，从循环伏安曲线、沉积曲线、沉积后的表面形貌（电镜图）、阻抗、循环性能和平均库伦效率等方面来评价电解质对锂负极的影响。基于锂离子现有电解液组成的启发，我们又研究了多组分溶剂和锂盐对锂负极的影响。实验结果表明，锂在环状烷基碳酸酯中可以形成性能良好的SEI膜，并且锂在LiTFSI和LiBOB两种锂盐中也可以形成性能良好的SEI膜。 金属锂二次电池面临的一个最大的问题就是金属锂电池在充放电过程中产生锂枝晶，枝晶的长大会刺穿隔膜，正负极接触，引起电池短路，甚至产生爆炸。我们采用了一种最新的理论(SHES)体系来抑制锂枝晶的产生，在不同的溶剂和锂盐中通过三电极体系进行试验，并装成扣电进行试验。通过表面形貌、EDX、循环性能和平均库伦效率等手段来评价此理论对抑制锂枝晶的效果。实验结果表明添加剂CsPF6和RbPF6在溶剂PC和EC中都起到了抑制锂枝晶的作用。 我们在水体系中研究了SHES理论，来解决水体系中金属电池的枝晶生长问题。在水体系中对金属锌进行研究，，加入添加剂后进行沉积，之后进行了表面形貌的观察。实验结果发现，添加剂的加入可以在一定程度上抑制锌枝晶的生长。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912

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本文编号：2576844