氮、氧掺杂炔类自聚人工SEI膜的合成与锂金属负极应用

作     者：吕梦梦 

作者单位：上海师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖胜雄

授予年度：2020年

学科分类：0808[工学-电气工程] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：锂金属负极 锂枝晶 NOA-NBu4 人工SEI膜 

摘      要：随着科学技术的快速发展,能源短缺和环境污染使得人们对具有更高能量密度的电池储能系统有着持续不断的需求。锂离子电池作为二次能源储备装置,使其在便携式电子设备、电动汽车等能量储存领域有着广阔的应用前景。但锂离子电池所能开发的能量密度已经接近其理论极限值,其固有局限性仍然无法满足尖端电子器件对能量密度的高期望。为了进一步提高下一代锂电池的能量和功率密度,迫切需要在传统锂电池的基础上开发新的电池系统。在锂电池负极材料的选择方面,由于金属锂具有最低的质量密度,超高的理论容量和最大的负还原电位,锂(Li)被认为是最有希望的阳极材料之一。然而,金属锂作为负极材料应用于电池内部,仍然存在一些严重的科学问题。锂金属负极在循环充放电过程中的不均匀沉积而导致锂枝晶的生长,并且伴随着体积膨胀导致金属锂电池存在巨大的着安全隐患。其低库仑效率和循环稳定性使得可充电锂金属电池尚未实现商业化。因此,提高锂金属阳极的性能对于实现金属锂的高能量密度至关重要。针对锂金属负极在循环过程遇到的一系列问题,本文提出通过原位聚合共轭高分子材料作为人造SEI膜来抑制充放电过程中锂枝晶的形成和生长。主要工作如下:(1)从化学的角度设计并合成了一种新型氮、氧双原子掺杂的聚合物,通过探索多种合成方法来得到不同形貌的聚合物材料,并对材料进行了一系列表征;(2)采用旋转涂覆的方法,在锂负极表面覆盖亲锂聚合物层,为锂成核提供了丰富、均匀的活性位点。通过一系列物理表征如SEM、TEM、XPS等测试,考察了炔聚物在抑制锂枝晶生长方面的作用,在Li/Li对称电池测试中可以稳定循环超过1800小时而不发生内部短路,并且循环300圈后库伦效率仍达99.8%,在Li/NCM全电池中显示优异的倍率和循环稳定性,以上测试结果都证实了人造SEI膜在锂负极保护方面具有优异的性能。