杂原子掺杂碳纳米管结构化电极用于稳定金属锂负极研究

发布时间：2022-11-10 20:47

　　锂离子电池（LIBs）的广泛应用对我们的日常生活产生了巨大的影响。但由于其电极材料存在性能上的局限,使当前LIBs的能量密度难以满足人们对便携式电子产品、电动汽车、电网规模储能等日益增长的需求。因此,研究LIBs以外的高能量密度电池成为当前科研人员研究的热点。金属锂由于具有高的理论容量和低的电化学电位,使得金属锂电池（LMBs）被认为是最有前途的下一代高能储能设备。然而,以金属锂直接作为负极在反复脱除/沉积过程中会形成树枝状锂枝晶,导致巨大的体积变化、产生死锂、以及穿透电池隔膜等问题,使得电池的循环稳定性降低并带来严重的安全问题。因此,制定有效的策略来提升金属锂负极的稳定性是LMBs未来商业化应用的关键所在。在诸多策略中,设计具有多孔微纳结构和独特亲锂表面的碳纳米材料已被证明是诱导锂均匀成核沉积、抑制锂枝晶生长的最有效策略之一。本论文通过“自上而下”的金属有机框架前体碳化和“自下而上”的原位生长方法,成功制备了两种不同杂原子掺杂的碳纳米管网络电极。所制备的杂原子掺杂碳纳米管电极具有良好的亲锂性能,能有效调节金属锂的可逆成核和生长,抑制锂枝晶的生成。同时通过理论计算和实验手段证明碳纳米管... 

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 锂电池研究背景
    1.2 金属锂电池
        1.2.1 金属锂概述
        1.2.2 金属锂电池种类
        1.2.3 金属锂负极存在的主要问题
        1.2.4 金属锂负极的改性研究策略
            1.2.4.1 锂合金
            1.2.4.2 固态电解质
            1.2.4.3 有机电解液和Li金属/电解质界面改性
            1.2.4.4 结构化电极
    1.3 碳基结构化电极用于金属锂负极研究
        1.3.1 碳基结构化电极制备
        1.3.2 碳基结构化电极用于金属锂负极研究进展
        1.3.3 碳基结构化电极用于金属锂负极面临问题与挑战
    1.4 选题的目的、意义和论文的主要研究内容
        1.4.1 选题的目的和意义
        1.4.2 论文主要研究内容
第二章 氮掺杂碳纳米管结构化电极用于稳定金属锂负极研究
    2.1 引言
    2.2. 实验部分
        2.2.1 实验药品
        2.2.2 材料制备
            2.2.2.1 不同Co/Zn比例MOFs制备
            2.2.2.2 含有Co,N结构的氮掺杂碳纳米管制备
            2.2.2.3 不含Co,N结构的氮掺杂碳纳米管制备
        2.2.3 表征方法
        2.2.4 电极材料制备及电池组装
        2.2.5 DFT计算
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 材料结构与形貌表征
        2.3.2 Co,N-CNT网络亲锂性能
        2.3.3 电化学性能测试
    2.4 本章小结
第三章 氧掺杂碳纳米管结构化电极用于稳定金属锂负极研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验药品
        3.2.2 材料制备
            3.2.2.1 富氧碳纳米管网络的制备
            3.2.2.2 还原碳纳米管网络(R-CNT)的制备
        3.2.3 表征方法
        3.2.4 电极材料制备及电池组装
        3.2.5 DFT计算
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 材料结构与形貌表征
        3.3.2 富氧碳纳米管网络的“亲锂”性能
        3.3.3 电化学性能测试
    3.4 本章小结
第四章 结论
本论文创新点
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表学术论文
作者及导师简介
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]金属锂枝晶生长机制及抑制方法[J]. 程新兵,张强.  化学进展. 2018(01)
[2]浅谈高比能量二次锂电池中金属锂负极材料[J]. 王潇.  电子测试. 2017(Z1)



本文编号：3705271