金屬鋰具有極高的理論比容量（3860 mAh/g）,有希望能夠進(jìn)一步提高現(xiàn)有電池體系的能量密度。目前鋰金屬負(fù)極的可充電電池并未商業(yè)化,其發(fā)展主要受到兩個(gè)方面的限制,一是在電池循環(huán)充放電過(guò)程中逐漸生長(zhǎng)出的鋰枝晶,增大了刺穿隔膜進(jìn)而引發(fā)電池短路造成熱失控的幾率,二是循環(huán)中體積的無(wú)規(guī)則巨大變化會(huì)降低電池庫(kù)侖效率,縮短循環(huán)壽命。鈦酸鋰鑭（LLTO）陶瓷材料耐高溫,化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,作為快離子導(dǎo)體具有較高的室溫離子電導(dǎo)率,良好的離子傳輸性能可以實(shí)現(xiàn)離子的快速遷移,以滿足電池循環(huán)的要求。比起顆粒材料,由長(zhǎng)徑比大的纖維材料構(gòu)成的二維纖維膜,其纖維的三維網(wǎng)絡(luò)分布結(jié)構(gòu)可以調(diào)控金屬鋰負(fù)極表面的離子通量,同時(shí)可以滿足電池的形變要求。當(dāng)纖維直徑從微米降至納米數(shù)量級(jí)時(shí),由直徑細(xì)化帶來(lái)的尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)賦予納米纖維材料許多獨(dú)特性能。在已有的制備納米纖維的技術(shù)中,靜電紡絲纖維結(jié)構(gòu)可調(diào)性好、宏觀制備可行性強(qiáng)、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉,是目前實(shí)現(xiàn)納米纖維材料工業(yè)化生產(chǎn)的最具前景技術(shù)。本課題選擇聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作為聚合物模板,同時(shí)調(diào)節(jié)金屬醇鹽的水解及其與不同絡(luò)合劑之間的作用,獲得了可紡性強(qiáng)且均一穩(wěn)定的前驅(qū)體溶液,在優(yōu)化后... 

【文章來(lái)源】：五邑大學(xué)廣東省

【文章頁(yè)數(shù)】：67 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

汽油與典型鋰電池的實(shí)際比能量（粉色）和能量密度（藍(lán)色）的比較[7]

五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論2了具有更高的能量密度外，還可以匹配不含鋰源的相變化合物做正極，這進(jìn)一步降低了正極材料的成本。但是目前基于鋰金屬負(fù)極的可充電電池并未商業(yè)化，其發(fā)展主要受到兩個(gè)方面的限制，一是在電池循環(huán)充放電過(guò)程中逐漸生長(zhǎng)出的鋰枝晶，增大了刺穿隔膜進(jìn)而引發(fā)電池短路造成熱失控的幾率，二是在循環(huán)中體積的無(wú)規(guī)則巨大變化會(huì)降低電池庫(kù)侖效率，縮短循環(huán)壽命[9-11]。1.2金屬鋰負(fù)極保護(hù)的研究現(xiàn)狀在金屬鋰負(fù)極應(yīng)用于商業(yè)化之前，需要克服巨大的挑戰(zhàn)就是安全性和可循環(huán)性。實(shí)現(xiàn)金屬鋰負(fù)極的無(wú)枝晶鋰沉積是實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化的最基本要求。同時(shí)減少因低庫(kù)侖效率和鋰負(fù)極過(guò)電位的逐漸增加而導(dǎo)致循環(huán)期間的容量衰減，提高循環(huán)性能[12,13]。為了解決這些問(wèn)題，我們需要對(duì)界面化學(xué)，鋰沉積行為及其相互關(guān)系有深刻的理解。1.2.1電解液添加劑固體電解質(zhì)中間相（SEI）是電池研究的重要組成部分，因金屬鋰的極低還原電位，任何電解質(zhì)都可以在金屬鋰表面處被反應(yīng)消耗，形成SEI鈍化膜，其兼具離子傳導(dǎo)性和電子絕緣性。SEI膜具有雙層結(jié)構(gòu)和多種成分，如圖1-2所示，靠近金屬鋰表面那側(cè)通常被稱為無(wú)機(jī)層，多為如Li2O，Li3N，LiF，LiOH和Li2CO3一般的低氧化態(tài)物質(zhì)；靠近電解液那側(cè)則多為有機(jī)成分，如ROCO2Li，ROLi和RCOO2Li（R是與溶劑有關(guān)的有機(jī)基團(tuán)）[14-17]。與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，金屬鋰電池對(duì)SEI膜提出了更高的要求，除基本的離子傳導(dǎo)性和電子絕緣性之外，SEI膜需有均勻的形態(tài)和離子電導(dǎo)率，同時(shí)在循環(huán)過(guò)程中耐受界面波動(dòng)影響。圖1-2(a)理想的SEI所具有的特性[14]；(b)SEI膜的馬賽克模型[15]

五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論4生長(zhǎng)也因其具有約200GPa的楊氏模量而被抑制了[49]。圖1-3示意圖顯示互連的空心碳球形成穩(wěn)定SEI層以及鋰沉積過(guò)程的對(duì)比[49]1.2.3穩(wěn)定主體材料所有的電池材料在循環(huán)過(guò)程中都存在體積變化問(wèn)題，其中金屬鋰的相對(duì)體積變化是無(wú)限大的。為了減小金屬鋰循環(huán)過(guò)程中的相對(duì)體積變化，引入可預(yù)先儲(chǔ)存鋰的穩(wěn)定主體材料，利用電化學(xué)沉積法或者熔融鋰法來(lái)構(gòu)建復(fù)合負(fù)極[50-52]。穩(wěn)定主體材料可以提供較大的表面積，可有效降低局部電流密度，有利于均勻的電化學(xué)沉積；減小鋰沉積/剝離過(guò)程中產(chǎn)生的體積變化以避免電池內(nèi)的應(yīng)力波動(dòng)，提高電池的使用壽命。Ji等設(shè)計(jì)了一種可隨金屬鋰體積變化而可逆膨脹/收縮的三維集流體，其高柔韌性和高導(dǎo)電性的碳納米管集束通過(guò)自組裝形成，再通過(guò)電化學(xué)沉積或者熔融灌注，可以獲得金屬鋰負(fù)載量高達(dá)81wt.%的復(fù)合鋰負(fù)極，有效減緩體積變化，從而使其在高電流密度（10mA/cm2）循環(huán)1000次后保持了2830mAh/g的質(zhì)量比容量[53]。特別重要的一點(diǎn)，主體材料是否具有親鋰性對(duì)制備復(fù)合鋰負(fù)極以及均勻鋰沉積有較大的影響。熔融鋰更易與具有優(yōu)異親鋰性的主體材料復(fù)合，金屬鋰與親鋰性物質(zhì)之間反應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)吉布斯能提供強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力，減小了液態(tài)熔融鋰的擴(kuò)散阻力和鋰成核勢(shì)壘，可提供更多勢(shì)壘低的成核位點(diǎn)以均勻鋰沉積[54-56]。然而，大多數(shù)主體材料并不具備親鋰性，因此常對(duì)主體材料進(jìn)行表面親鋰改性，其中能與鋰發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的材料是親鋰改性的最好選擇，如通過(guò)ZnO[57-59]、原位合成CuO[60,61]等來(lái)提供親鋰性。1.3鈦酸鋰鑭陶瓷材料的合成現(xiàn)狀


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