由于金屬鋰具有高的理論容量（3860 mAh·g-1）和低電勢(shì)（-3.0405 V vs.S.H.E）的特點(diǎn),對(duì)高性能的二次電池來說是一個(gè)理想型負(fù)極。然而,由于金屬鋰負(fù)極在循環(huán)過程中不可控的沉積/溶解行為以及鋰金屬與電解液的副反應(yīng)造成了電池的內(nèi)部短路和鋰枝晶的產(chǎn)生,最終導(dǎo)致電池的安全性和失效問題。在本研究中,設(shè)計(jì)了三種方法對(duì)金屬鋰進(jìn)行改性和保護(hù),通過不同的電化學(xué)性能測(cè)試進(jìn)行了驗(yàn)證,其結(jié)果如下:（1）由PVDF-HFP和納米AlPO4組成的人造SEI膜保護(hù)金屬鋰負(fù)極,該保護(hù)膜的厚度為8.5μm,楊氏模量為1.6 Gpa,擁有好的機(jī)械性能,可以很大程度上抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)。人造SEI膜保護(hù)的金屬鋰負(fù)極所裝配Li|LiFePO4全電池在1C倍率下循環(huán)400圈后仍有90%的容量保持率;Li|Li半電池在電流密度為3 mA·cm-2,容量為2mAh·cm-2的情況下,電池可以穩(wěn)定地循環(huán)750圈,并且有著375 mV的低極化電壓。（2）利用PVDF-HFP/DMF/DMSO溶液在金屬鋰表面原位生成一層有機(jī)-無機(jī)梯度膜,靠近金屬鋰的一側(cè)是LiF,具有高的表面能和低的擴(kuò)散勢(shì)壘,被稱為L(zhǎng)iF-rich s... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２?（ａ）?ＬｉｘＳｉ改性金屬鋰箔的構(gòu)造過程和鋰在ＬｉｘＳｉ改性的金屬鋰箔（ｂ）與原始鋰箔??（ｃ）上的沉積示意圖［６１］??

著延長(zhǎng)了電池的循環(huán)壽命并增強(qiáng)了循環(huán)穩(wěn)??定性。相比未經(jīng)保護(hù)的Ｌｉ金屬陽極，被ＡＰＬ保護(hù)的Ｌｉ金屬陽極在Ｌｉ?｜?ＬｉＦｅＰ〇４（ＬＦＰ）??全電池中的循環(huán)壽命延長(zhǎng)了?２．５倍，整個(gè)循環(huán)過程中保持著９９．２％以上的高庫(kù)倫??效率，并且循環(huán)后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過保護(hù)的鋰陽極展現(xiàn)出無枝晶態(tài)。ＰＶＤＦ－ＨＦＰ由于其??獨(dú)特的性質(zhì)在保護(hù)金屬鋰方法中扮演了一個(gè)重要角色。采用固態(tài)法和旋涂法制備??了由聚（偏二氟乙�。玻ǎ校郑模疲龋疲校冢睿蠌�(fù)合膜和ＺｎＯ緩沖層組成??的雙層結(jié)構(gòu)［６６］（如圖１－３），以保護(hù)Ｌｉ金屬。在室溫下，通過一個(gè)簡(jiǎn)單的低溫固??相合成將ＺｎＯ納米棒制備到Ｌｉ金屬表面作為緩沖層，除此之外，然后通過旋涂??制備ＰＶＤＦ－ＨＦＰ?／ＺｎＯ復(fù)合膜以固定ＺｎＯ緩沖層。通過這種方式，成功地在Ｌｉ??金屬的表面上構(gòu)建了雙層結(jié)構(gòu)。與裸Ｌｉ電極相比，受保護(hù)的Ｌｉ電極具有穩(wěn)定的??電壓特性和長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn)。在Ｌｉ金屬和ＰＶＤＦ－ＨＦＰ?／?Ｚｎ？復(fù)合膜之間的ＺｎＯ緩??沖層可以顯著降低電池電阻，這是由于在ＺｎＯ納米棒表面形成ＬｈＯ，可以引導(dǎo)??Ｌｉ＋流體均勻地沉積在Ｌｉ金屬上。從現(xiàn)有的在Ｌｉ金屬上使用單層保護(hù)膜的方法??來看，該方法也是首次實(shí)現(xiàn)了在Ｌｉ金屬表面使用ＺｎＯ無機(jī)緩沖層來構(gòu)建無機(jī)／有??機(jī)雙層膜來保護(hù)鋰金屬。??取?’??Ｚ＿０??■ａｎｏｒｏｄ?ｍ／ｌ??ｄｅｔｅｒ?ｂＵｄ，?＾?Ｖ??圖１＿３?ＰＶＤＦ－ＨＦＰ／ＺｎＯ膜的構(gòu)造示意圖［６６】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＰＶＤＦ＿ＨＦＰ／ＺｎＯ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ＾６６】??９??

?＾?＞?Ｈｉｇｈ?ｏｘｉｄａｔｉｖｅ?ｓｔａｂｉｌｉｔｙ?Ｗ??Ｎ?＞?Ｈｉｇｈ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｓｔａｂｉｌｉｔｙ??Ｉ?＞１＾）１＾?Ｉ?＞?ＬＯＷ?ｖｏｌａｔｉｌｉｔｙ?■ＢＨ｜??ｏ?Ｖ?ＬｉＰＦ６?＞?Ｈｉｇｈ?ｃａｒｒｉｅｒ?ｄｅｎｓｉｔｙ??？?＞?ＥＣ?＞?Ｆａｓｔ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｒｅａｃｔｉｏｎ??＞?Ｌｏｗ?ｐｏｌｙｓｕｌｆｉｄｅ?ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ，?ｅｔｃ．??０?１２?３?４??Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?／?ｍｏｌ?ｄｍ１??圖１－５不同濃度電解液中的導(dǎo)離子率曲線和高濃度電解液的多種功能［７７］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－５?Ｉｏｎｉｃ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?Ｌｉ－ｓａｌｔ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ａｎｄ?ｔｈｅ??ｖａｒｉｏｕｓ?ｕｎｕｓｕａｌ?ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ?ｏｆ?ｈｉｇｈｌｙ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ＾７７】??由于金屬鋰和液態(tài)電解質(zhì)的高反應(yīng)活性嚴(yán)重阻礙了金屬鋰電池的商業(yè)化應(yīng)??用，所以人們?cè)噲D將電解液做成固態(tài)形式，不僅可以避免金屬鋰的反應(yīng)，而且與??液態(tài)電解質(zhì)相比，固態(tài)電解質(zhì)有著較好的機(jī)械剛性，當(dāng)有鋰枝晶的產(chǎn)生時(shí)，也無??法造成電池短路，降低金屬鋰電池的安全性問題［８２］。在固態(tài)電解質(zhì)中，大致分為??兩種：聚合物固態(tài)電解質(zhì)和無機(jī)物固態(tài)電解質(zhì)。在對(duì)于金屬鋰電池的研究中，由??于單獨(dú)聚合物的機(jī)械強(qiáng)度較低，不足以抑制金屬鋰枝晶的生長(zhǎng)，所以將聚合物和??一些有機(jī)物等結(jié)合在一起。當(dāng)將聚合物和顆粒結(jié)合時(shí)，機(jī)械混合的方法容易導(dǎo)致??顆粒團(tuán)聚，使得離子電導(dǎo)率價(jià)格，所

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：2937713