锂二次电池的金属锂负极保护研究
发布时间：2020-12-25 13:07
由于金属锂具有高的理论容量（3860 mAh·g-1）和低电势（-3.0405 V vs.S.H.E）的特点,对高性能的二次电池来说是一个理想型负极。然而,由于金属锂负极在循环过程中不可控的沉积/溶解行为以及锂金属与电解液的副反应造成了电池的内部短路和锂枝晶的产生,最终导致电池的安全性和失效问题。在本研究中,设计了三种方法对金属锂进行改性和保护,通过不同的电化学性能测试进行了验证,其结果如下:（1）由PVDF-HFP和纳米AlPO4组成的人造SEI膜保护金属锂负极,该保护膜的厚度为8.5μm,杨氏模量为1.6 Gpa,拥有好的机械性能,可以很大程度上抑制锂枝晶的生长。人造SEI膜保护的金属锂负极所装配Li|LiFePO4全电池在1C倍率下循环400圈后仍有90%的容量保持率;Li|Li半电池在电流密度为3 mA·cm-2,容量为2mAh·cm-2的情况下,电池可以稳定地循环750圈,并且有着375 mV的低极化电压。（2）利用PVDF-HFP/DMF/DMSO溶液在金属锂表面原位生成一层有机-无机梯度膜,靠近金属锂的一侧是LiF,具有高的表面能和低的扩散势垒,被称为LiF-rich s...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?（ａ）?ＬｉｘＳｉ改性金属锂箔的构造过程和锂在ＬｉｘＳｉ改性的金属锂箔（ｂ）与原始锂箔??（ｃ）上的沉积示意图［６１］??
著延长了电池的循环寿命并增强了循环稳??定性。相比未经保护的Ｌｉ金属阳极，被ＡＰＬ保护的Ｌｉ金属阳极在Ｌｉ?｜?ＬｉＦｅＰ〇４（ＬＦＰ）??全电池中的循环寿命延长了?２．５倍，整个循环过程中保持着９９．２％以上的高库伦??效率，并且循环后发现，经过保护的锂阳极展现出无枝晶态。ＰＶＤＦ－ＨＦＰ由于其??独特的性质在保护金属锂方法中扮演了一个重要角色。采用固态法和旋涂法制备??了由聚（偏二氟乙稀－共－六氟丙烯）（ＰＶＤＦ－ＨＦＰ）／ＺｎＯ复合膜和ＺｎＯ缓冲层组成??的双层结构［６６］（如图１－３），以保护Ｌｉ金属。在室温下，通过一个简单的低温固??相合成将ＺｎＯ纳米棒制备到Ｌｉ金属表面作为缓冲层，除此之外，然后通过旋涂??制备ＰＶＤＦ－ＨＦＰ?／ＺｎＯ复合膜以固定ＺｎＯ缓冲层。通过这种方式，成功地在Ｌｉ??金属的表面上构建了双层结构。与裸Ｌｉ电极相比，受保护的Ｌｉ电极具有稳定的??电压特性和长寿命的优点。在Ｌｉ金属和ＰＶＤＦ－ＨＦＰ?／?Ｚｎ？复合膜之间的ＺｎＯ缓??冲层可以显着降低电池电阻，这是由于在ＺｎＯ纳米棒表面形成ＬｈＯ，可以引导??Ｌｉ＋流体均匀地沉积在Ｌｉ金属上。从现有的在Ｌｉ金属上使用单层保护膜的方法??来看，该方法也是首次实现了在Ｌｉ金属表面使用ＺｎＯ无机缓冲层来构建无机／有??机双层膜来保护锂金属。??取?’??Ｚ＿０??■ａｎｏｒｏｄ?ｍ／ｌ??ｄｅｔｅｒ?ｂＵｄ，?＾?Ｖ??图１＿３?ＰＶＤＦ－ＨＦＰ／ＺｎＯ膜的构造示意图［６６】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＰＶＤＦ＿ＨＦＰ／ＺｎＯ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ＾６６】??９??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]可充金属锂负极,路在何方?[J]. 艾新平. 储能科学与技术. 2018(01)
[2]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)
[3]金属锂二次电池研究进展[J]. 王莉,何向明,蒲薇华,姜长印,万春荣. 化学进展. 2006(05)
本文编号：2937713
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?（ａ）?ＬｉｘＳｉ改性金属锂箔的构造过程和锂在ＬｉｘＳｉ改性的金属锂箔（ｂ）与原始锂箔??（ｃ）上的沉积示意图［６１］??
著延长了电池的循环寿命并增强了循环稳??定性。相比未经保护的Ｌｉ金属阳极，被ＡＰＬ保护的Ｌｉ金属阳极在Ｌｉ?｜?ＬｉＦｅＰ〇４（ＬＦＰ）??全电池中的循环寿命延长了?２．５倍，整个循环过程中保持着９９．２％以上的高库伦??效率，并且循环后发现，经过保护的锂阳极展现出无枝晶态。ＰＶＤＦ－ＨＦＰ由于其??独特的性质在保护金属锂方法中扮演了一个重要角色。采用固态法和旋涂法制备??了由聚（偏二氟乙稀－共－六氟丙烯）（ＰＶＤＦ－ＨＦＰ）／ＺｎＯ复合膜和ＺｎＯ缓冲层组成??的双层结构［６６］（如图１－３），以保护Ｌｉ金属。在室温下，通过一个简单的低温固??相合成将ＺｎＯ纳米棒制备到Ｌｉ金属表面作为缓冲层，除此之外，然后通过旋涂??制备ＰＶＤＦ－ＨＦＰ?／ＺｎＯ复合膜以固定ＺｎＯ缓冲层。通过这种方式，成功地在Ｌｉ??金属的表面上构建了双层结构。与裸Ｌｉ电极相比，受保护的Ｌｉ电极具有稳定的??电压特性和长寿命的优点。在Ｌｉ金属和ＰＶＤＦ－ＨＦＰ?／?Ｚｎ？复合膜之间的ＺｎＯ缓??冲层可以显着降低电池电阻，这是由于在ＺｎＯ纳米棒表面形成ＬｈＯ，可以引导??Ｌｉ＋流体均匀地沉积在Ｌｉ金属上。从现有的在Ｌｉ金属上使用单层保护膜的方法??来看，该方法也是首次实现了在Ｌｉ金属表面使用ＺｎＯ无机缓冲层来构建无机／有??机双层膜来保护锂金属。??取?’??Ｚ＿０??■ａｎｏｒｏｄ?ｍ／ｌ??ｄｅｔｅｒ?ｂＵｄ，?＾?Ｖ??图１＿３?ＰＶＤＦ－ＨＦＰ／ＺｎＯ膜的构造示意图［６６】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＰＶＤＦ＿ＨＦＰ／ＺｎＯ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ＾６６】??９??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]可充金属锂负极,路在何方?[J]. 艾新平. 储能科学与技术. 2018(01)
[2]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)
[3]金属锂二次电池研究进展[J]. 王莉,何向明,蒲薇华,姜长印,万春荣. 化学进展. 2006(05)
本文编号：2937713
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