鋰空氣電池具有十倍于鋰離子電池的理論容量,因此被認為是非常具有潛力的下一代動力電池。目前鋰空氣電池的研究主要還是停留在實驗室階段,這是因為鋰空氣電池在空氣氛圍中往往不能穩(wěn)定循環(huán),而且鋰空氣電池還存在著循環(huán)壽命短、過電位高、倍率性能差等缺陷。同時,由于鋰空氣電池是在開放體系下進行充放電過程的,電解液的揮發(fā)與氧氣、水分透過造成的負極腐蝕也是需要解決的問題。鋰空氣電池充放電的過程發(fā)生在空氣電極側(cè),即發(fā)生在正極的催化劑表面上。在放電過程,來自電解液中的鋰離子與來自環(huán)境中的氧氣在催化劑表面發(fā)生氧還原反應（ORR）,形成放電產(chǎn)物過氧化鋰。而在相應的充電過程,過氧化鋰在高電壓下發(fā)生氧還原反應（OER）,生成的鋰離子回到電解液,而生成的氧氣回歸到環(huán)境中。鋰空氣電池的充放電反應發(fā)生在正極催化劑上,故而正極催化劑是決定鋰空氣電池性能的最大因素之一,所以正極催化劑的研究在鋰空氣電池的性能研究中至關重要。鋰空氣電池的常用的正極催化劑包括碳材料、貴金屬、過渡金屬氧化物、MOF衍生物等。過渡金屬氧化物由于售價相對低廉、穩(wěn)定性好而且具有較好的OER、ORR活性,而被廣泛使用于鋰空氣電池領域。其中四氧化三鈷更是由于具... 

【文章來源】：中國石油大學(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

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幾種鋰電池的理論容量與實際容量

第1章緒論-4-金屬空氣電池由于具有極高的比容量得到了電池廠商、學術(shù)界以及各國政府的關注。IBM公司是最早開發(fā)鋰空氣電池的公司之一，他們在2009年就提出了電池500項目（Batteries500Project），其含義是研發(fā)出能給電動汽車提供500英里行駛里程的鋰空氣電池，并投入市常豐田汽車公司也在2013年宣布與寶馬汽車公司一同進行鋰空氣電池的研發(fā)，期望在2020年之前能制造出商業(yè)化的鋰空氣電池，并裝載上電動汽車。1.2.2鋰空氣電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理按照鋰空氣電池電解質(zhì)不同區(qū)分，鋰空氣電池一共可以分為四類，分別是水系電解質(zhì)鋰空氣電池，非水電解質(zhì)體系（有機電解質(zhì)體系）鋰空氣電池，水系-有機混合體系鋰空氣電池以及固體電解質(zhì)體系鋰空氣電池。圖1-2展示了不同類型鋰空氣電池的不同結(jié)構(gòu)[14]。圖1.2四種不同體系鋰空氣電池的結(jié)構(gòu)示意圖Fig1.2FourdifferentarchitectureofLi-Airbatteries使用水系電解質(zhì)制備的鋰空氣電池是最早的鋰空氣電池，在1976年由Littauer等人提出[15]。當時的研究者沿用了常規(guī)一次電池的水系電解液，負極使用了鋰片，

第1章緒論-6-應機理示意圖如圖[19]。研究發(fā)現(xiàn)，在使用低DN數(shù)的鋰空氣電池中，由于LiO2*沒有被穩(wěn)定，它非�？焖倬驮诳諝怆姌O表面與鋰離子反應生成了結(jié)晶度不高的Li2O2薄膜，薄膜覆蓋在空氣電池上，減少了Li2O2的生長位點同時也阻礙了氧氣的傳輸，影響電池反應的進一步進行，從而使得電池的容量降低。但是在使用高DN數(shù)的鋰空氣電池中，被穩(wěn)定的LiO2可以相對緩慢的發(fā)生歧化反應生成Li2O2大顆粒，相對而言Li2O2大顆粒并不會很快就堵住空氣電極的孔隙，反應繼續(xù)進行，使用高DN數(shù)電解液的鋰空氣電池獲得更大的比容量[20]。圖1.3在不同電解液中鋰空氣電池放電產(chǎn)物生成機理模型Fig1.3Schematicillustrationofpossibledischargereactionsinvolvingoxygenradicalsindifferentelectrolytesystems.有機電解質(zhì)體系的鋰空氣電池組裝相對比較簡單，故而現(xiàn)在大部分的鋰空氣電池都是基于有機電解質(zhì)體系的。與水系電解質(zhì)比較而言，有機電解質(zhì)的優(yōu)點十分顯著，一是有機電解液體系的鋰空氣電池工作電壓較高，能達到2.4~2.9V。二是在使用過程中，有機物能在與金屬鋰接觸的相面上反應生成一層固體電解質(zhì)界面膜（SEI），這能很好地阻止鋰片與電解質(zhì)的進一步反應，從而解決金屬鋰片腐蝕的問題。但是有機電解質(zhì)體系也存在一些諸如放電產(chǎn)物不溶于電解液堵塞孔道，放電產(chǎn)物消耗電解液使電池容量衰減，副反應多，電解液有毒易揮發(fā)等缺點,在未來的研究中需要克服這些問題。近年來，研究者將水系鋰空氣電池與有機系鋰空氣電池的優(yōu)點結(jié)合，研發(fā)出水系-有機混合體系鋰空氣電池[21]�；旌舷惦姵厥褂昧藘煞N電解液。水系鋰空氣電池的空氣一側(cè)不存在放電產(chǎn)物堆積的問題，所以混合體系鋰空氣電池的空氣電極一側(cè)使用了水系電解液。而金屬鋰負極一側(cè)要避免水對鋰片的腐蝕作用，?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Recent advances in electrocatalysts for non-aqueous Li-O2 batteries[J]. Wei Chen,Ya-Feng Gong,Jie-Hua Liu.  Chinese Chemical Letters. 2017(04)
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