發(fā)布時(shí)間：2018-04-28 06:29

  本文選題：金屬鋰 + 界面�。� 參考：《中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)》2017年博士論文

【摘要】：金屬鋰負(fù)極具有最負(fù)的電極電勢(shì)(-3.045Vv.s.標(biāo)準(zhǔn)氫電極)、金屬中的最輕的摩爾質(zhì)量和理論密度(6.9g/mol,0.534g/cm3),是高能量密度電池的終極理想負(fù)極。在鋰硫、鋰空和固態(tài)電池大的發(fā)展背景下,科學(xué)家和企業(yè)開(kāi)始重新審視金屬鋰負(fù)極。金屬鋰本身高的反應(yīng)活性、不均勻沉積和無(wú)限體積膨脹三大缺點(diǎn),是商業(yè)化應(yīng)用面臨的三座大山。許多科學(xué)家對(duì)此提出許多改性方法。在液態(tài)電池中主要可以從復(fù)合Li-C電極、包覆鋰電極、開(kāi)發(fā)溶劑-鋰鹽新配方、探索添加劑、涂覆隔膜、設(shè)計(jì)電極結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)合金電極和設(shè)計(jì)充放電模式八個(gè)方面進(jìn)行。針對(duì)金屬鋰的以上問(wèn)題,本論文開(kāi)展了以下三方面研究:1)我們?cè)O(shè)計(jì)了一種嵌入不銹鋼樣品托的平整化的鋰電極,并利用此鋰電極研究了金屬鋰沉積-脫出順序?qū)饘黉囏?fù)極表面形貌的影響。在鋰先脫出后沉積時(shí),苔蘚狀和枝晶狀的鋰主要出現(xiàn)在孔洞之中。其中有一些在第二周放電時(shí)仍未消失,表明了鋰電極表面有"死鋰"的形成。鋰先在金屬鋰表面沉積的過(guò)程中,在首次充電之后,發(fā)現(xiàn)鋰以粒狀形式在表面沉積,在首周放電之后,相當(dāng)一部分粒狀的鋰仍然在表面存在,并且在鋰電極表面出現(xiàn)一些孔洞結(jié)構(gòu)。我們認(rèn)為,枝晶狀、粒狀和苔蘚狀的鋰的不均勻沉積-脫出和孔結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)都與鋰電極表面SEI的覆蓋致密度和均勻程度以及其成分有關(guān)。因此,鋰電極表面SEI的覆蓋致密程度和均勻性是影響金屬鋰沉積和脫出以及金屬鋰循環(huán)性能的一個(gè)重要因素。2)我們利用SPM設(shè)備平臺(tái),開(kāi)發(fā)了力曲線和PF-TUNA的方法,進(jìn)行金屬鋰表面SEI在循環(huán)前后覆蓋度和SEI結(jié)構(gòu)的研究。利用力曲線方法,首次表征了鋰薄膜表面楊氏模量的大小和分布。通過(guò)研究浸泡電解液之后鋰薄膜表面SEI的楊氏模量大小、結(jié)構(gòu)和分布,發(fā)現(xiàn)在浸泡之后金屬鋰表面形成了多層的SEI保護(hù)層。且高楊氏模量與低楊氏模量層交替分布。通過(guò)PF-TUNA的方法,首次分析了金屬鋰負(fù)極表面電流的大小和微觀分布。并研究了不同充放電態(tài)和充放電制度下鋰表面形貌和電流分布的變化。從微觀的角度,提出了一種鋰離子在鋰表面沉積-脫出的機(jī)制。即在金屬鋰表面鋰離子處于富集狀態(tài)的時(shí)候,無(wú)論是鋰的沉積還是脫出,對(duì)金屬鋰表面形貌的平整化和SEI的均勻生長(zhǎng)都是有利的。為了達(dá)到鋰表面鋰離子濃度相對(duì)富集的狀態(tài),可以采用小電流充電,大電流放電。這為更好的保護(hù)鋰負(fù)極提供了一種理論依據(jù)。3)我們從不同物相前驅(qū)體對(duì)金屬鋰處理的角度出發(fā),提出了幾種在金屬鋰表面包覆鋰緩沖層的方法。氣氛處理保護(hù)金屬、Li2S-P2S5添加劑保護(hù)金屬鋰、LiPON包覆金屬鋰和Cu3N包覆金屬鋰。并通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化工藝,獲得了保護(hù)較好的鋰負(fù)極。并在鋰對(duì)稱電池、鋰銅電池、鋰硫電池體系獲得了較好的效果。通過(guò)以上工作,我們初步弄清楚了液體電池中,鋰的沉積-脫出順序?qū)饘黉囏?fù)極的影響,鋰表面SEI的結(jié)構(gòu)、分布及其電化學(xué)過(guò)程中的演化,并通過(guò)一些手段改性了金屬鋰負(fù)極,獲得了一定的效果。為金屬鋰在固態(tài)電池中的研究提供了 一定的基礎(chǔ)。
[Abstract]:In this paper , we have developed a method for improving the surface morphology of metal lithium by using the method of Li - sulfur , lithium - free and solid - state batteries . The effect of the deposition - release order of lithium on the negative electrode of lithium metal , the structure , distribution of the lithium surface SEI and the evolution of the electrochemical process of the lithium surface SEI , and the effect of some means on the negative electrode of the lithium metal are obtained . The research of the lithium metal lithium in the solid state battery provides a certain basis .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM912

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本文編號(hào)：1814158