金屬鋰由于其超高的理論容量（3840 mAh g-1）,較低的密度（0.534 gcm-3）以及最低的電勢(shì)（-3.04 V）被認(rèn)為是鋰電池負(fù)極的理想材料。然而鋰金屬電池受制于庫(kù)倫效率低、容量衰減嚴(yán)重、循環(huán)壽命短的因素而難以推廣應(yīng)用。這些問(wèn)題從電化學(xué)本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是由于鋰金屬在沉積/剝離過(guò)程中的枝晶生長(zhǎng)引起的。枝晶的生長(zhǎng)與固體電解質(zhì)界面（SEI）的不均勻性,金屬鋰沉積基體電場(chǎng)的不均勻性以及鋰離子通量的不均勻性有關(guān)。本文從鋰金屬電池的負(fù)極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手,通過(guò)解決金屬鋰的不均勻沉積避免鋰枝晶的生長(zhǎng),從而提高其循環(huán)壽命以及庫(kù)倫效率。我們?cè)O(shè)計(jì)了以三聚氰胺泡沫為基體搭載金作為成核生長(zhǎng)點(diǎn)的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),金作為鋰金屬成核生長(zhǎng)點(diǎn)具有極低的成核勢(shì)壘,同時(shí)作為良導(dǎo)體,金可以有效均勻化基體電場(chǎng)強(qiáng)度,而三聚氰胺泡沫具有的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)則可以有效均勻化電解質(zhì)中的鋰離子通量,并通過(guò)增大表面積從而降低局部電流密度,同時(shí)三維空間結(jié)構(gòu)也有利于限制金屬鋰的體積膨脹問(wèn)題�；谝陨蟽�(yōu)點(diǎn),以三聚氰胺泡沫-金為載體的鋰負(fù)極在1 mA cm-2電流密度下表現(xiàn)出了超過(guò)350次的循環(huán)壽命以及99%左右的高庫(kù)倫效率。在5 mAcm-2的大電流... 

【文章來(lái)源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：90 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１?（ａ）碳酸烷基酯溶液中鋰電極ＳＥＩ膜形成的示意圖（ｂ）?ＳＥＩ膜結(jié)構(gòu)的“馬賽克??

穿過(guò)ＳＥＩ膜中的空位。最后，鋰離子到達(dá)負(fù)極表面并接受來(lái)自外部電路的電子，??并作為金屬鋰顆粒沉積。這種沉積機(jī)制決定ＳＥＩ膜必須擁有很高的均一性才能保??持金屬鋰的均勻沉積。如圖１－１?（ｂ），?“馬賽克”結(jié)構(gòu)導(dǎo)致ＳＥＩ膜具有高度不均勻??性，同時(shí)也缺乏靈活性，在界面波動(dòng)的時(shí)候非常脆弱，導(dǎo)致ＳＥＩ膜的破裂，而這??種破裂會(huì)進(jìn)一步加�。樱牛赡さ牟痪鶆蛐裕@對(duì)于金屬鋰的沉積具有及其不利的影??響。??１．２．２鋰枝晶的生長(zhǎng)??在Ｃｕ，Ｎｉ，Ｚｎ等金屬的高電流密度沉積中，枝晶的生長(zhǎng)是非常常見(jiàn)的，目??前已經(jīng)得到了廣泛的研究與突破，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化的應(yīng)用［３３］。與之類似，研究人員??通過(guò)在對(duì)稱鋰／聚合物電池中的原位觀察提出了解釋枝晶形核和生長(zhǎng)的基本機(jī)制，??■并采用簡(jiǎn)單的雙極擴(kuò)散方程來(lái)描述離子濃度的變化（圖ｌ＿２ａ），如下所示：［３４］??＿?（式?１－１）??ｄｘＫ?Ｊ?ｅＤ（ｆｉａ＋＾ｕ＋＾＞??其中Ｊ是有效電極電流密度，Ｄ是雙極擴(kuò)散系數(shù)，ｅ是電荷，＃和分別??表示陰離子和Ｌｉ＋遷移率。如果ｄＣ／ｄｘ＜２Ｃｏ／Ｌ?（Ｌ和Ｃｏ分別指內(nèi)電極距離和初??始濃度）

圖１－３高充電電流密度下鋰陽(yáng)極的失效機(jī)理


本文編號(hào)：2916296