納米電池組裝與金屬鋰電池充電方式研究.pdf

1、能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)問題的日益嚴(yán)峻,便攜設(shè)備的飛速發(fā)展,使二次電池面臨重大的挑戰(zhàn)。電池是否能滿足高能、輕量、安全、環(huán)保的要求是決定其能否占領(lǐng)市場的重要條件。金屬鋰具有最負(fù)的電極電位和最高的比容量,是極佳的負(fù)極材料。但由于充電時(shí)容易產(chǎn)生鋰枝晶,引起安全性差和循環(huán)壽命短等問題,限制了其在商品化電池中的應(yīng)用,抑制鋰枝晶的產(chǎn)生和生長具有重大意義。
　　 隨著微型用電器件的發(fā)展,微型電池也倍受人們的關(guān)注。厚度在微米級的超薄電池已見報(bào)道,并正

2、在向市場化方向邁進(jìn)。微型電池的下一代新型科技成果必將是體積更小的納米電池。由于納米級別尺寸的限制,納米電池的組裝過程與普通電池將會有較大差異。如何組裝尺寸在納米級且還能保持一定電性能的納米電池,這是一個(gè)嶄新的課題。
　　 為此,本論文主要針對上述問題進(jìn)行了研究,并取得以下成果:
　　 1、將模板法與電化學(xué)方法相結(jié)合,利用陽極氧化鋁模板(AAO),成功組裝了納米尺寸的電池。通過在0.2M、0.4M和飽和草酸(約0.5M)溶

3、液中制備陽極氧化鋁模板,將所得到的模板孔徑進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn),酸的濃度對模板的孔徑、孔率均不產(chǎn)生明顯的影響。所得模板的孔徑為100nm,孔率約為71.4％。本文利用循環(huán)伏安法,提出了一個(gè)測算模板有效孔率的方法。利用這個(gè)方法,可以快速計(jì)算出模板實(shí)際的通孔程度,這個(gè)方法可以推廣應(yīng)用到檢測模板是否完全開孔。組裝了納米聚吡咯/TiO2/聚苯胺電池,其直徑為80hm,長度約為500nm,并對其進(jìn)行了初步的充放電測試。用二種方法在AAO模板的納米孔中加

4、入Zn,組裝了Zn/TiO2/MnO2納米電池,以0.1nA電流放電,電池的放電電壓約為1.1V,每個(gè)納米電池的容量約0.1hAs。組裝了Zn/TiO2/AgO納米電池,在0.1nA電流充放電情況下,電池的充放電平臺分別在1.6V和1.5V,充放電性能正常,每個(gè)納米電池的容量約為0.083nAs。
　　 2、通過雙向脈沖充電的方法抑制了鋰金屬電極表面枝晶的產(chǎn)生。原位顯微鏡觀察結(jié)果表明,在0.2mA/cm2的電流密度下對鋰負(fù)極進(jìn)行

5、脈沖電流充電,充電量達(dá)到0.32mAh/cm2時(shí),鋰負(fù)極表面仍無枝晶生成。而在相同電流密度的直流充電條件下,同樣充電量時(shí)鋰金屬表面即產(chǎn)生明顯的樹狀枝晶。交流阻抗實(shí)驗(yàn)從比較表面積證實(shí),雙向脈沖充電方法充電有抑制鋰枝晶生長的作用。采用雙向脈沖充電方式對由0.3mgLi和50mgLiCoO2組成的的鋰電池充放電過程中,電池能循環(huán)120圈以上,而用相同電流密度的直流電進(jìn)行充放電時(shí),電池循環(huán)37圈后就不能充放了。論文討論了二種充電方法對上述電池充