隨著電動(dòng)汽車、智能電子設(shè)備等領(lǐng)域的快速發(fā)展,迫切的需要具有長(zhǎng)循環(huán)壽命和高安全性的高能量密度鋰電池。使用具有高電壓和高比容量的正極是提高電池能量密度的有效途徑。其中層狀正極材料由于具有較高的理論比容量而得到了廣泛的關(guān)注,但其在高電壓下的應(yīng)用還具有較多問題與挑戰(zhàn),尤其是與電解液界面處的結(jié)構(gòu)相變、過渡金屬溶解、氧析出、電解液持續(xù)氧化分解等問題,嚴(yán)重地限制著其在高能量密度鋰電池中的應(yīng)用。為了提高高電壓下層狀正極材料的電化學(xué)性能與安全性能,本論文從正極電解質(zhì)中間相（CEI）入手,研究高電壓下正極材料表面晶體結(jié)構(gòu)與元素組成對(duì)于CEI的影響,說明何種結(jié)構(gòu)與組成的正極表面更有利于形成穩(wěn)定的CEI。并基于此結(jié)果利用表面包覆對(duì)層狀正極/電解液界面進(jìn)行進(jìn)一步改性以提高其在高電壓下的穩(wěn)定性。另外考慮到固態(tài)金屬鋰電池兼具高能量密度與安全性能,是未來鋰離子電池的發(fā)展方向,本論文對(duì)于高電壓層狀正極與有機(jī)聚合物及無機(jī)氧化物固態(tài)電解質(zhì)的界面穩(wěn)定性也展開了初步的研究。本論文首先通過X射線光電子能譜研究了晶體結(jié)構(gòu)與元素組成對(duì)于CEI的影響,結(jié)果表明充電到4.8 V的高電壓時(shí)層狀與尖晶石結(jié)構(gòu)正極材料的CEI具有相似的組成與厚... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：176 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

鋰離子電池工作原理示意圖

體系的鋰離子電池（石墨為負(fù)極）的能量密度與傳統(tǒng)正極材料相比得到了明顯的提升。目前，國(guó)內(nèi)各企業(yè)和研究單位的研發(fā)重點(diǎn)主要放在開發(fā)以 NCM811/NCA為正極和硅基材料為負(fù)極的具有優(yōu)異電化學(xué)和安全性能的高能量密度動(dòng)力電池上。消費(fèi)電子類電芯的研發(fā)重點(diǎn)放在高電壓 LiCoO2的開發(fā)上，因?yàn)?LiCoO2是目前為止具有最高體積能量密度的正極材料。而 LiNi0.5Mn1.5O4和富鋰錳基氧化物正極在各研究團(tuán)隊(duì)的努力下也有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，給>300 Wh/kg 高能量密度鋰離子電池設(shè)計(jì)提供了新的材料選擇。盡管這些材料體系已經(jīng)得到廣泛的研究，但是目前高能量密度鋰離子電池仍然存在一些問題，包括循環(huán)性、功率性、高低溫性能和安全性。因?yàn)椴捎玫恼龢O為高電壓或者具有高表面活性的材料，負(fù)極為高體積膨脹率的硅基材料，材料自身尤其是界面的不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致一系列界面膜生長(zhǎng)（電解液氧化/還原加�。�、結(jié)構(gòu)破壞、產(chǎn)氣、枝晶生長(zhǎng)和體積膨脹等問題。(21-26)不僅僅需要對(duì)正負(fù)極材料進(jìn)行改性，配套使用的電解液、隔膜、導(dǎo)電添加劑等也需要同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)高能量密度鋰離子電池的全面商業(yè)化。

圖 1.3 固態(tài)電池結(jié)構(gòu)示意圖。(34)Figure 1.3 Schematic diagram of solid-state battery.(34)電解質(zhì)的應(yīng)用中，技術(shù)最成熟是摻氮磷酸鋰（L中，其循環(huán)性能穩(wěn)定（>1000 次）、與金屬鋰和優(yōu)異。(35)但是其制備工藝復(fù)雜，成本較高，很難制而其他氧化物，包括 Li7La3Zr2O12（LLZO）和 L然它們電導(dǎo)率較高，耐高電壓性能好，機(jī)械強(qiáng)度與活性材料的接觸面積小，導(dǎo)致界面阻抗大，尤膨脹與收縮，會(huì)進(jìn)一步失去接觸，實(shí)際電池很難情況相對(duì)好一些，因?yàn)榱蚧镙^軟，可使用熱壓好的物理接觸。此外，硫化物電導(dǎo)率高，其固態(tài)物固態(tài)電池得到了產(chǎn)業(yè)界廣泛的關(guān)注，日本 To

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：2905447