AZO改性三维铜/锂金属负极的制备及其电化学性能研究

发布时间：2020-12-29 05:59

　　金属锂具有较高的理论比容量（3840 m Ah/g）和较低的氧化还原电位（-3.04V）,被誉为比较有发展前景的新一代锂电池负极材料之一。然而,在锂的充放电循环过程中,其表面锂枝晶的生长不受控制,且锂与电解液之间容易发生副反应,从而导致金属锂负极循环稳定性和安全性较差。本论文从抑制锂枝晶生长以及减少锂与电解液间副反应的角度出发,对金属锂负极进行改性研究,制备出循环性能优异且无锂枝晶结构生成的三维复合金属锂负极材料,为金属锂负极研究提供参考依据。采用高温熔融法制备三维铜/锂金属负极,并通过物理表征测试研究负极的制备工艺对其电极结构和电化学性能的影响。结果表明:450℃的条件下制备出的三维铜/锂金属负极材料内部锂的分布均匀。该负极材料在20 C倍率的电流下,循环500次后放电比容量为67.4 m Ah/g,与金属锂负极相比,循环性能提升了65.6%。且循环500次后,三维铜/锂金属负极表面无明显的锂枝晶生成。泡沫铜的三维多孔结构显著的提高了金属锂的真实表面积,降低了电极表面真实电流密度,有助于稳定SEI膜层的形成,从而抑制了锂枝晶生长,最终提高了金属锂负极的循环稳定性和安全性。为提高泡沫铜... 

【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】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

金属锂表面锂枝晶及“死锂”生长示意图

1-1 金属锂表面锂枝晶及“死锂”生长示意“死锂”的形成对金属锂负极的循环稳面，锂枝晶不受控制的生长最终会刺穿而短路，造成电池内部电流过大，引发循环过程中活性锂和电解液的不断被消率逐渐降低。综上所述，金属锂极高的导致锂枝晶形成的根本原因，SEI 膜的列的循环稳定性及安全性问题。对金属 所示。

图 1-4 显微针表面处理技术处理后的锂 SEM 图 （a-c）俯视图；（d-f）截面图[41]Guo 等人采用还原法制备出带有亚微米骨架结构的三维铜箔[42]，这种结构使得铜箔表面的电场分布更为均匀，沉积的锂会形成纳米尺寸的块，并填充在骨架内部，从而避免了形成锂枝晶刺穿隔膜。Lu 等人通过外部施加机械压力的方式将金属锂直接嵌入到三维铜网中，制备出具有三维结构的锂金属负极[43]。与铜箔相比，该结构能促进锂在电极表面的均匀沉积、溶解，达到了抑制锂枝晶生长的目的。同时，三维多孔结构能显著降低电极表面的电流密度，降低了电池的内部阻抗。（2）金属锂表面涂层 锂的化学性质非常活泼，能与电解质间发生副反应，这是导致锂负极应用受到限制的一个主要因素。因此，若能通过一定的方法，在金属锂的表面涂覆上合适的涂层。一方面防止金属锂与电解质间的直接接触，另一方面还允许 Li+的自由传输，从而起到提高锂电池循环稳定性的作用。Zhu 等人采用旋转涂布法在铜箔的表面涂覆一层厚度为 0.5 μm，且分布均匀的聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜[44]，之后用 HF 刻蚀薄膜，在其表面形成纳米级离子通道。由于PDMS 薄膜的限制作用，在不同的电流密度条件下循环时，锂枝晶的成核及生长现象均得到明显的改善。将改性后的金属锂负极与 LiFePO


本文编号：2945145