【摘要】：鋰金屬是一種理想的負(fù)極材料。由于其自身具有高的理論比容量和低的氧化還原電位,因而它可以顯著地提高電池的能量密度,從而滿足市場對于高能量密度電池的需求。然而,枝晶狀Li的形成以及差的循環(huán)性能阻礙了其在可充電電池中的實際應(yīng)用�？紤]到極性官能團(tuán)與電解液中離子間的化學(xué)作用力,我們在電極表面構(gòu)建了一層具有豐富官能團(tuán)的聚合物涂層作為人造SEI層來調(diào)控電解液與電極界面附近區(qū)域離子的電化學(xué)行為,因此實現(xiàn)了無枝晶的鋰沉積以及改善了金屬鋰負(fù)極的循環(huán)性能。(1)絲膠蛋白的多肽鏈上具有眾多的極性官能團(tuán)。利用其中豐富的親鋰性的位點(diǎn)(-OH,-COOH和-CO-NH-)和親陰離子性的位點(diǎn)(-NH_2),可以分別調(diào)控電極/電解液界面處的Li離子和陰離子,實現(xiàn)均勻的Li沉積和剝離。在具有絲膠涂覆的Cu陽極的Li/Cu電池中可以獲得超長的循環(huán)壽命和98%的高平均庫侖效率。即使在極端測試條件下(10 mA cm~(-2),5 mAh cm~(-2)),絲膠蛋白功能化的Li金屬陽極也在對稱電池中顯示出更優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。共形的絲膠涂層可以有效地抑制空氣和多硫化物對金屬Li的侵蝕,基于絲膠涂層包覆的Li陽極的Li-S電池表現(xiàn)出顯著提高的倍率性能和長循環(huán)性能;(2)聚乙烯醇(PVA)和Li離子間的高結(jié)合能使得其分子骨架上親鋰性的位點(diǎn)(-OH)可以吸引大量的Li離子,從而緩解Li離子向電極表面突起處聚集的趨勢以及均勻化電極/電解液界面處的鋰離子束流,因此Li離子可以均勻地沉積在電極表面。在1,3,5和10 mA cm~(-2)的電流密度下,PVA涂覆的Cu電極表現(xiàn)出更長的循環(huán)壽命并且相應(yīng)的庫倫效率分別提高至98.1,97.6,97.5和97.2%。此外,使用PVA涂覆的Li作為陽極在0.2 C和1 C倍率下有效地改善了Li-S全電池的長循環(huán)性能。
【圖文】：

第1 章 緒論3圖1.1 枝晶狀鋰的沉積[9]當(dāng)鋰金屬電池在低的電流密度下循環(huán)時，電場線的束集以及鋰離子優(yōu)先遷移到電極表面粗糙的區(qū)域?qū)䦟?dǎo)致沉積鋰形態(tài)的不穩(wěn)定性，即鋰枝晶。當(dāng)電池在高的電流密度下循環(huán)時，負(fù)極表面區(qū)域電解液中陰離子的耗盡將會形成一個大的電場，稱為“空間電荷”[10,11]，其會導(dǎo)致流體動力學(xué)的不穩(wěn)定性，即“電對流”[12]。這種電對流將會“吸走”正在生長的鋰枝晶周圍區(qū)域的鋰離子，并使它們聚集在枝晶的尖端，，從而促進(jìn)枝晶的生長[13]。負(fù)極表面枝晶狀鋰的沉積對電池的運(yùn)行產(chǎn)生了嚴(yán)重的安全隱患，后續(xù)鋰枝晶的生長能夠刺穿內(nèi)部的隔膜進(jìn)而與正極相接觸

第1 章 緒論4圖1.2 鋰離子沉積和剝離過程中，金屬鋰負(fù)極上形貌的演變[15]圖1.3 鋰金屬負(fù)極的失效[16]電流密度越大，沉積的鋰晶粒越小[17]，因此增加的鋰負(fù)極與電解液處的界面將會產(chǎn)生更多的 SEI 組分。這些組分在鋰晶粒表面的堆積阻止了鋰金屬晶粒的致密熔合，從而導(dǎo)致負(fù)極孔隙率的增加，并且限制住了鋰晶粒之間金屬鋰的直接接觸。由于失去了與集流體相連的鋰金屬間的電接觸，一些金屬鋰顆粒最終將會被 SEI層徹底包覆而變成“死鋰”[18]。后續(xù)的循環(huán)中，新鮮的鋰金屬將會被進(jìn)一步地消耗掉，成為 SEI層成分（即 LiF
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ317;TM912

【相似文獻(xiàn)】

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1 吳寒;功能性聚合物涂層對于鋰金屬負(fù)極保護(hù)方面的研究[D];江西理工大學(xué);2019年

本文編號：2633853