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电源技术 2020年第9期44卷 1391-1394页

作者：梁珊珊俞成丙周旭峰刘兆平上海大学材料科学与工程学院上海200444 中国科学院宁波材料技术与工程研究所动力锂电池工程实验室浙江宁波315201

以金属锂为负极材料的锂金属二次电池被认为是最具前景的下一代高比能电池。然而,由于金属锂与电解液之间自发反应生成的固态电解质界面(sei)在电池循环过程中的稳定性较差,加剧了锂枝晶生长、库仑效率降低和容量衰减等一系列问题,从而... 详细信息

以金属锂为负极材料的锂金属二次电池被认为是最具前景的下一代高比能电池。然而,由于金属锂与电解液之间自发反应生成的固态电解质界面(sei)在电池循环过程中的稳定性较差,加剧了锂枝晶生长、库仑效率降低和容量衰减等一系列问题,从而限制了锂金属二次电池的商业应用,因此提高sei的稳定性是锂金属二次电池领域的研究热点。总结了近年来对sei组分与结构进行调控以改善其稳定性的研究进展,并展望了金属锂表面sei设计与构建的研究趋势,为金属锂负极的研究提供借鉴。

关键词：金属锂负极固态电解质界面(sei) 电解质添加剂人造sei

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锂金属负极的挑战与改善策略研究进展

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物理化学学报 2021年第1期37卷 13-38页

作者：刘凡凡张志文叶淑芬姚雨余彦中国科学技术大学中国科学院能量转换材料重点实验室材料科学与工程系合肥微尺度物质科学国家研究中心合肥230026 中国科学院洁净能源创新研究院辽宁大连116023

锂金属由于其高比容量和低电极电势等优点被认为是下一代高比能量电池体系中最有潜力的负极材料。然而由于锂金属的高活性,锂负极在循环过程中会产生大量的枝晶,导致sei(solid-electrolyte interphase)破裂,并且枝晶增加了电极与电解液... 详细信息

锂金属由于其高比容量和低电极电势等优点被认为是下一代高比能量电池体系中最有潜力的负极材料。然而由于锂金属的高活性,锂负极在循环过程中会产生大量的枝晶,导致sei(solid-electrolyte interphase)破裂,并且枝晶增加了电极与电解液的接触面积,使得副反应进一步增加。此外,脱落的枝晶形成死锂,从而降低电池的充放电库仑效率。并且不可控的锂枝晶持续生长会刺穿隔膜引发电池短路,伴随着电池热失控等安全问题。本综述基于锂负极存在的主要挑战,结合理解锂枝晶的成核生长模型等机理总结并深度分析近些年来在液态和固态电解质体系中改善锂金属负极的主要策略及其作用机理,为促进高比能量锂金属电池的应用提供借鉴参考作用。

关键词：锂金属负极三维基体电解液添加剂人造sei 锂金属电池

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有机小分子自聚合构建弹性sei膜及其对锂消耗的抑制作用

有机小分子自聚合构建弹性SEI膜及其对锂消耗的抑制作用

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作者：石强苏州大学

学位级别：硕士

在锂离子电池长期循环过程中,电极/电解液界面所发生的副反应会持续地消耗电池内部的活性锂离子,这是造成电池容量不断衰减的最主要原因之一。本论文以石墨负极表面弹性sei膜构建为切入点,选取了多种有机小分子材料,探讨其自聚合生成弹... 详细信息

在锂离子电池长期循环过程中,电极/电解液界面所发生的副反应会持续地消耗电池内部的活性锂离子,这是造成电池容量不断衰减的最主要原因之一。本论文以石墨负极表面弹性sei膜构建为切入点,选取了多种有机小分子材料,探讨其自聚合生成弹性sei膜对锂离子电池中锂消耗的抑制作用。为了达到有机小分子自聚合生长弹性sei膜的目的,我们先后选取了马来酸钠(SM)、丙烯酸钠(SA)、乙烯基磺酸钠(SVS)等有机小分子,对比了海藻酸钠(Alg)、聚丙烯酸钠(PAA)、聚偏氟乙烯(PVDF)等有机大分子包覆天然石墨负极材料,并系统地研究了这些材料对电池性能的影响及其作用机理。研究发现,通过简单的液相包覆方法,即可在石墨表面获得均匀的有机小分子盐包覆层,且包覆层厚度可以通过调整投料比加以控制。由于这些有机小分子盐在有机溶剂中较为难溶,因此包覆层在有机电解质中具有很好的稳定性,可以在长期循环过程中保持其结构的完整性。有机小分子中的羧基和磺基有利于形成均匀、稳定的sei膜,提升电池的首次库伦效率和长期循环性能。同时,分子内的不饱和键可以在电化学催化的作用下,发生自聚合反应,使包覆层转变为具有一定柔韧性的人造sei膜,可以容纳电极充放电过程中的体积膨胀,减小电池充放电过程中的锂消耗。这些有机小分子盐包覆既解决了无机包覆层韧性差的问题,也消除了有机大分子包覆对电极导电性的不良影响。通过电化学测试,使用马来酸钠、丙烯酸钠等有机小分子可以将石墨电极的首次库伦效率提高2%%。丙烯酸钠处理后的石墨材料,其电极的倍率性能也明显提高,在50C大倍率下容量保持率从未包覆时的20%左右提升到50%以上。dQ/dV图和CV测试结果显示,有机小分子包覆层的的存在,不仅没有像成膜添加剂VC那样增加电极的极化,反而降低了电极的极化。电化学交流阻抗(EIS)测试结果显示,随着循环的不断进行,电极的电化学阻抗也在逐渐降低。经过200圈0.1C的充放电测试,用马来酸钠,丙烯酸钠小分子盐包覆的石墨材料容量保持率都保持在95%以上,适当调整包覆层厚度,电极的容量保持率接近100%。将包覆后的石墨负极和磷酸铁锂(LFP)负极进行匹配,组装的全电池,容量保持率也有明显的提高,500圈循环后,容量保持率提高了10%-20%以上。这种基于全新电极表界面修饰技术不仅操作简便,过程可控,而且可以同时提高石墨负极首次库伦效率、倍率性能、循环性能等多方面的电化学性质,具有很好的发展和应用前景。

关键词：锂消耗包覆有机小分子人造sei

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