复杂体系下金属锂负极界面电化学行为研究

发布时间：2025-06-21 00:58

　　锂离子电池在日常生活中已经得到广泛应用,由于其能量密度较低,基于锂离子电池的智能手机、电动汽车等产品的续航能力难以令人满意,迫切需要研发具有更高能量密度的电池体系。石墨作为锂离子电池中常见的负极材料,比容量相对较低(370mAhg-1)。相比之下,金属锂具有极高的比容量(3860mAhg-1)和更低的电极电势,是一种更具潜力的锂电池负极材料。采用金属锂作为负极,可以在现有基础上将电池的能量密度提高一半以上。金属锂负极在二次电池中的实际应用仍面临许多问题,其中一大难点在于金属锂负极在循环过程中的库伦效率很低。由于极低的电极电势,金属锂几乎能与所有的电解液反应,再加上充放电过程会不断暴露出新鲜的高活性金属锂,更加剧了其与电解液之间的副反应。为了确保电池工作时的循环寿命,必须额外加入大量多余的金属锂和电解液,不仅增加电池成本,还削减了金属锂电池的能量密度优势。过程中积累的副产物也会逐渐阻塞锂离子的传输通道,增加电池内阻,降低电池能量转换效率。提高金属锂负极的循环稳定性和库伦效率对其将来的实际应用具有十分重大的意义。本论文通过研究锂负极界面电化学行为,提出了一系列新的锂负极保护方法,从而提升金属...

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１几种常见的金属锂电池中锂负极存在的问题丨３丨

Ｌｉ?ｍｅｔａｌ?ａｎｏｄｅｓ?｜３｜．??１．２．１嵌入材料作为正极的金属锂电池（Ｌｉ－ＬＭＯ）??如图１．１中（１）所示，嵌入材料作为正极的金属锂电池，使用金属锂负极，正??极为锂离子电池中常见的嵌入式材料（包括过渡金属氧化物，聚阴离子材料等）。??以过渡金属氧化物为例，其放....

图１．３锂■？硫电池的充放电曲线图丨９｜

组装对环境的要求显著提高，大大增加生产成本。组装“无负极材料电池”无需??改变现有电池生产条件，能有效降低金属锂电池的生产成本。由于制造时电池处??于放完电的状态，生产过程的安全性显著改善。图１．２给出了不同电解液中“无??负极材料电池”的电化学性能图，可以看到这种“无负极材料电....

图１．４锂－硫电池存在的问题丨１３｜

组装对环境的要求显著提高，大大增加生产成本。组装“无负极材料电池”无需??改变现有电池生产条件，能有效降低金属锂电池的生产成本。由于制造时电池处??于放完电的状态，生产过程的安全性显著改善。图１．２给出了不同电解液中“无??负极材料电池”的电化学性能图，可以看到这种“无负极材料电....

图１．５⑷锂－氧气电池结构示意图丨丨９｜

ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃａｔａｌｙｓｔｓ?｜２０｜．??相较于嵌入材料作为正极的金属锂电池和锂－硫电池，锂－氧气电池最独特的??地方在于其对外开放的电池结构。如图１．５（ａ）所示，电池工作时氧气作为活性物??质从外界通过气体窗口进入正极，正极材料被用作氧气还原的催化剂［１....

本文编号：4051668