新型水溶液可充鋰電池的研究.pdf

1、當(dāng)今世界，科技的飛速發(fā)展對于能源產(chǎn)業(yè)提出了挑戰(zhàn)。煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)不可再生能源儲量逐漸減少，而且由于過度使用隨之帶來的環(huán)境污染日益加重，能源和環(huán)境變成困擾當(dāng)今社會的兩大難題，發(fā)展綠色環(huán)保的可再生能源成為了一項(xiàng)亟待解決的課題。風(fēng)能、太陽能等新型能源產(chǎn)業(yè)由于其天生的時(shí)間性和季節(jié)性不能滿足隨時(shí)應(yīng)用的需要，所以，要發(fā)展新能源，必須要發(fā)展新型儲能裝置。
　　水溶液可充電鋰電池安全無毒、長循環(huán)壽命、高功率、低成本使得它成為短距離電動汽車

2、和太陽能、風(fēng)能發(fā)電站的最合適的能量儲存和轉(zhuǎn)化裝置。對水溶液可充電鋰電池的研究是當(dāng)前熱門的研究方向之一。但是水溶液可充鋰電池有著其天生的缺點(diǎn)，受限于水溶液的電化學(xué)窗口較窄，理論上的分解電壓為1.229V，即使有過電位的存在，水溶液可充鋰電池的全電池電壓一般也很難突破2V以上，使能量密度不能夠和傳統(tǒng)的鋰離子電池來競爭。
　　為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，本論文從新的設(shè)計(jì)思路出發(fā)，提出了一種新的水溶液可充鋰電池體系。本論文的研究一共分為兩個(gè)部分:首

3、先通過在金屬鋰上包覆兩層膜，得到了具有三明治結(jié)構(gòu)的在水溶液中穩(wěn)定存在的金屬鋰負(fù)極;然后將得到的金屬鋰負(fù)極和現(xiàn)有較好的正極材料相組合，構(gòu)建全電池體系，得到了一系列具有極高能量密度的新型水溶液可充鋰電池體系，并對其電化學(xué)性能進(jìn)行了表征。
　　本論文通過使用凝膠膜和LISICON膜對金屬鋰進(jìn)行了包覆，得到了包覆鋰的負(fù)極結(jié)構(gòu)。雙層膜包覆的金屬鋰負(fù)極能在硫酸鋰溶液中順利地進(jìn)行鋰離子的嵌入脫出。最外層的LISICON陶瓷膜能夠防止氫離子進(jìn)入到

4、負(fù)極內(nèi)層中發(fā)生析氫反應(yīng)。中間層的凝膠膜能保證內(nèi)外膜良好的界面接觸，順利傳遞鋰離子，同時(shí)能夠減少負(fù)極金屬鋰枝晶的產(chǎn)生。
　　然后，分別使用鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰作為正極活性物質(zhì)和包覆鋰負(fù)極組成全電池。通過進(jìn)行電化學(xué)測試發(fā)現(xiàn)，后三種材料組成的全電池體系都能進(jìn)行非常穩(wěn)定的充放電循環(huán)。其中Li/LiMn2O4和Li/LiFePO4水溶液可充鋰電池體系的性能尤為突出，單純計(jì)算活性物質(zhì)能量密度分別達(dá)到了446 Wh/g和342 Wh/g，這