目前商用鋰離子電池的實(shí)際能量密度已經(jīng)接近其理論值,但是依然難以滿足社會發(fā)展對高性能電池的需求。鋰(Li)金屬由于其極高的理論比容量(3860mAh/g)、較低的密度(0.59 g/cm³)以及最低的還原電勢(相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極為-3.040 V)被認(rèn)為是下一代理想的負(fù)極材料。然而由于充放電時(shí)鋰離子不均勻的沉積造成的鋰枝晶導(dǎo)致鋰金屬電池庫倫效率低和循環(huán)壽命短,并帶來嚴(yán)重的安全問題,限制了鋰金屬負(fù)極的發(fā)展。本文從磁電化學(xué)沉積角度出發(fā),探索磁流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)(MHD)抑制鋰枝晶生長,即通過磁場對運(yùn)動(dòng)鋰離子的洛倫茲力作用而改變其運(yùn)動(dòng)軌跡,改善鋰離子的不均勻沉積,從而提高鋰金屬電池的循環(huán)壽命。第三章中,利用Comsol Multiphysics軟件仿真模擬研究鋰金屬負(fù)極電沉積過程中鋰離子運(yùn)動(dòng)軌跡及枝晶生長機(jī)理。數(shù)值表征結(jié)果顯示施加磁場下,鋰離子在接近凸起處時(shí)受到高電場強(qiáng)度驅(qū)動(dòng)切割磁感線,同時(shí)受到洛倫茲力作用,導(dǎo)致其原有運(yùn)動(dòng)軌跡反生變化,繞著凸起處呈螺旋狀運(yùn)動(dòng),均勻分散在凸起周圍。由此可知,在MHD效應(yīng)下,該物理場顯著降低濃差極化,促進(jìn)了液相傳質(zhì)過程,有效抑制了枝晶的生長并得到致...

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-1汽油與各類型電池能量密度對比[1]

磁場抑制鋰金屬負(fù)極枝晶生長的初步研究1第一章緒論1.1引言隨著能源需求持續(xù)增長，傳統(tǒng)化石能源日趨枯竭，并且?guī)韲?yán)重的環(huán)境問題。太陽能、風(fēng)能、潮汐能等新能源日益受到重視，但此類能源受到時(shí)間、空間條件的限制，存在間歇性、不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，因此迫切需要先進(jìn)的儲能設(shè)備。自1991年起，鋰離....

圖1-2SEI膜的組成與結(jié)構(gòu)[11]

磁場抑制鋰金屬負(fù)極枝晶生長的初步研究3有較低的離子傳輸能壘。鋰離子在裂縫處大量聚集，最終引發(fā)枝晶生長[9,10]。鋰沉積與工業(yè)上電鍍鎳、銅等金屬最明顯的區(qū)別在表面的SEI膜，這層界面膜對鋰離子沉積具有重要影響。目前研究人員對SEI膜的認(rèn)識和了解還不夠完善，近年來研究人員已經(jīng)加大對....

圖1-3FEC添加劑對Li金屬陽極影響的示意圖[14]

來解釋。關(guān)于枝晶生長的理論研究和探索還在繼續(xù)。1.3抑制鋰枝晶的策略1.3.1電解質(zhì)體系的改良目前最常見的電解質(zhì)主要為液態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)。液態(tài)電解質(zhì)具有良好的離子導(dǎo)率，且廣泛應(yīng)用于目前商業(yè)化電池體系中。固態(tài)電解質(zhì)具有較高的機(jī)械模量和良好的穩(wěn)定性，可以有效抑制枝晶生長，大幅提高....

圖1-4鋰與兩種電解液形成SEI膜的示意圖(a)含有硝酸鋰添加劑的醚類電解液(b)含有硝酸鋰和多硫化鋰添加劑的醚類電解液[20]

磁場抑制鋰金屬負(fù)極枝晶生長的初步研究5進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明Li-S電池添加KNO3在100個(gè)循環(huán)內(nèi)放電容量增加到687mAh/g（無KNO3放電容量為528mAh/g）。多硫化物和硝酸鋰等添加劑也嘗試應(yīng)用于鋰金屬電池。Cui等[20]利用多硫化鋰（Li2S8）和硝酸鋰（LiN....

本文編號：3913616