隨著便攜式智能電子設(shè)備以及電動(dòng)汽車市場的蓬勃發(fā)展,人們對(duì)具有高能量密度和高功率密度的新一代儲(chǔ)能設(shè)備提出了迫切需求,極大地推動(dòng)了鋰電池高性能電極材料的發(fā)展。其中,金屬鋰具有極高的理論比容量（3860 mAh/g或2061mAh/cm³）和極低的電化學(xué)電位（-3.04 V相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極）,被認(rèn)為是鋰電池負(fù)極發(fā)展的終選材料。然而,在充放電過程中鋰枝晶的形成和電極的體積膨脹等問題嚴(yán)重制約其實(shí)際應(yīng)用。目前,結(jié)構(gòu)化金屬鋰負(fù)極的設(shè)計(jì)被認(rèn)為是解決上述問題的有效方法之一,即通過引入泡沫銅、泡沫鎳等多孔金屬或者石墨烯等多孔碳材料,將其與金屬鋰復(fù)合制備三維結(jié)構(gòu)化復(fù)合金屬鋰負(fù)極。多孔的導(dǎo)電骨架可以分散電流密度,穩(wěn)定電場分布,抑制鋰枝晶的形成,同時(shí)基體的孔道結(jié)構(gòu)可以提供足夠的空間供金屬鋰沉積,并容納循環(huán)過程中形成的Li/SEI相,使其保持電化學(xué)活性,緩解電極的體積膨脹。因此,如何設(shè)計(jì)出具有合適孔道結(jié)構(gòu)的三維基體,采用簡便易操作的方法制備具有可控質(zhì)量載荷的大面積三維結(jié)構(gòu)化復(fù)合金屬鋰負(fù)極仍然是未來的研究重點(diǎn)�；诖�,本文以結(jié)構(gòu)化金屬鋰負(fù)極的設(shè)計(jì)與可控制備為重點(diǎn)展開研究,具體研究內(nèi)容如下:（1... 

【文章來源】：上海大學(xué)上海市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

傳統(tǒng)的鋰離子電池工作原理圖

圖 1.2 （a）鋰金屬電池的工作原理；（b）傳統(tǒng)的燃油與幾種典型鋰電池體系之間的質(zhì)量比能量（紅色）和體積比能量（藍(lán)色）的對(duì)比圖在 LMB 電池中，金屬鋰作為負(fù)極被直接利用，由于其反應(yīng)活性較高，極易與電解液發(fā)生反應(yīng)，尤其是在液態(tài)有機(jī)電解液體系中，反應(yīng)程度更深。金屬鋰具有與其他負(fù)極材料不同的電化學(xué)反應(yīng)過程，其反復(fù)充放電過程中產(chǎn)生的鋰枝晶和體積膨脹效應(yīng)等不安全和不穩(wěn)定因素嚴(yán)重制約其發(fā)展進(jìn)程[24-26]。具體而言，由于金屬鋰負(fù)極失效而產(chǎn)生的電池故障可分為三類：（1）鋰枝晶生長引起的電池短路鋰離子在鋰金屬電池中的沉積/剝離行為與其在鋰離子電池中的插層/脫嵌行為完全不同，在充電過程中，鋰離子遷移到負(fù)極表面，從外部電路中獲取電子，然后以金屬鋰粒子的形式直接沉積在負(fù)極表面或下方[27, 28]。在可充放電鋰金屬電池中的金屬鋰需要在充放電過程中被反復(fù)沉積/剝離，鋰枝晶極易在負(fù)極表面形

其中 J 是有效電極電流密度，D 是非極性擴(kuò)散系數(shù)，e 是電子電荷常數(shù)，μa和 μLi+分別代表陰離子和 Li+的遷移率。在鋰鋰對(duì)稱的聚合物電池中，如果 dC/dX<2C0/L（L 為內(nèi)部電極間距離，C0代表電極表面鋰鹽的初始濃度），負(fù)極表面的離子濃度和靜電勢保持恒定，鋰離子可以實(shí)現(xiàn)均勻平滑的沉積；如果 dC/dX>2C0/L，如圖 1.3 所示[15, 21]，負(fù)極周圍的鋰離子被迅速消耗且無法補(bǔ)充，在一段時(shí)間內(nèi)鋰離子濃度變成 0，此時(shí)間段稱為 Sand’s Time（τ）其計(jì)算過程如公式 1-2：（1-2）結(jié)果表明，在 τ 時(shí)間內(nèi)，陰離子和鋰離子的濃度變化表現(xiàn)出不同的行為，導(dǎo)致負(fù)極附近的正電荷過剩，這種行為將導(dǎo)致局域空間電荷的產(chǎn)生，形成一個(gè)較大的電場，導(dǎo)致鋰枝晶的成核和生長。


本文編號(hào)：3595154