高安全系數(shù)金屬鋰電池體系及鋰枝晶生長的微觀機(jī)理研究.pdf

1、現(xiàn)有電池體系中，鋰離子電池研究最多，雖然鋰離子電池的能量密度較鉛酸、鎳氫等電池的要高，但仍不能滿足人們對更高能量密度的需求。金屬鋰的高比容量(3860mAh g-1)和低還原電位(-3.04V vs.SHE)使其成為最有前景的負(fù)極材料，因此一些科研工作者將研究重點轉(zhuǎn)移到金屬鋰電池。然而，鋰金屬負(fù)極存在眾多問題，例如不均勻的鋰沉積，相對無限體積膨脹，鋰枝晶誘發(fā)的短路等已經(jīng)阻礙了可充電鋰金屬電池在過去40年的實際應(yīng)用。
　　基于此，本

2、文提出一個簡單有效又低成本的方法，通過組裝3D多孔銅網(wǎng)集流體/鋰復(fù)合負(fù)極，來促進(jìn)均勻鋰電沉積和減少鋰金屬負(fù)極的體積膨脹。這種復(fù)合電極的高比表面積有利于電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，降低負(fù)極的局部電流密度，抑制鋰枝晶的生長。同時這種復(fù)合電極的多孔結(jié)構(gòu)也可以給再沉積的鋰提供“籠子”，在循環(huán)期間緩解了鋰負(fù)極的體積膨脹。在電化學(xué)表征中，這種復(fù)合電極的庫倫效率在100次循環(huán)后為93.8％，然而普通鋰負(fù)極在70次循環(huán)后只有30.9％。在0.5mA cm-2條件

3、下表現(xiàn)出了至少1280h的穩(wěn)定長循環(huán)壽命，電化學(xué)阻抗也很小(1次循環(huán)后僅29Ωcm2，對比普通鋰負(fù)極則是136Ωcm2)，并成功應(yīng)用于Li/Li4Ti5O12電池體系當(dāng)中。
　　另外，本文提出用脈沖電流充電取代恒定電流充電來穩(wěn)定鋰金屬負(fù)極?；谌臃肿觿恿W(xué)模擬的結(jié)果表明，在電解質(zhì)中Li+的遷移擴(kuò)散和潛在的離子濃度梯度對減少枝晶形成和促進(jìn)穩(wěn)定的電池循環(huán)起著關(guān)鍵作用。存在最佳比率的Ton/Toff可以獲得Li+的最高擴(kuò)散系數(shù)，同時