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富锂li-al合金作为锂二次电池负极材料的研究

富锂Li-Al合金作为锂二次电池负极材料的研究

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作者：阮瑾电子科技大学

学位级别：硕士

当今世界面临的不可再生资源枯竭以及化石燃料对环境造成污染等问题日趋严重,使得新能源取代传统化石能源趋于必然。锂离子电池由于其安全性高、容量大体积小等特点,在各个领域都得到了广泛应用。然而,随着便携式电子产品(笔记本电脑、... 详细信息

当今世界面临的不可再生资源枯竭以及化石燃料对环境造成污染等问题日趋严重,使得新能源取代传统化石能源趋于必然。锂离子电池由于其安全性高、容量大体积小等特点,在各个领域都得到了广泛应用。然而,随着便携式电子产品(笔记本电脑、手机、相机、电动自行车等)的飞速发展,以及电动汽车加速代替燃料汽车的现状,锂离子电池已经无法满足人们的需求,迫切需要发展更高能量密度、更长寿命、更稳定的新型可充放电储能器件。锂是周期表中原子量最小(6.94)、标准电极电位最低(-3.045 V ***)的金属元素。同时,理论比容量高(3860m Ah g)、导电性好、电化学性质活泼等因素都促使研究者们的视野重新回到金属锂负极。然而金属锂本身存在着一些致命的缺陷,使其无法广泛商用。首先由于金属锂化学性质活泼,极易与电解液发生副反应,形成不稳定的固体电解质界面(SEI)膜,该反应消耗金属锂和电解液的过程是不可逆的。另外,金属锂的不均匀沉积导致锂枝晶的生长以及不断形成“死锂”。面对这些问题,对金属锂负极改性势在必行,本文选用富锂双相li-al合金作为新型锂负极,主要工作内容如下:(1)将不同质量比的金属锂与金属铝在氩气保护下,500℃高温进行共混熔融,形成不同比例的富锂li-al合金。通过对其组分、形貌以及循环性能进行研究,选出最优的锂铝比例。采用富锂li-al合金作为电极材料组装成对称电池,进行恒流充放电和交流阻抗特性测试,探究电池的循环寿命以及富锂li-al合金电极界面阻抗的变化。并对表面微观形貌以及元素分布进行分析,探究其失效的机理。对称电池在电流密度为1 m A cm,容量为1 m Ah cm时能稳定循环1400 h,与li Fe PO组装全电池后,在1C倍率下能稳定循环200周,容量保持率在90%以上,与金属锂负极对比表现出更好的倍率性能以及循环稳定性。(2)在氩气气氛下,使用泡沫铜对li-al合金进行吸附,形成li-al@Cu复合负极,进一步加强电极中三维骨架的强度。泡沫铜骨架不仅使得复合负极传输电子的能力进一步提升,同时还提升了负极材料在循环过程中的稳定性,阻止了由于过度脱锂而引起的结构坍塌等问题。尽管泡沫铜的比表面积大、骨架稳定性更高,然而与金属锂并不浸润,li-al@Cu中lial合金相主要用来作为次级骨架以及合金修饰层,为金属锂沉积提供位点,并改善泡沫铜的亲锂特性。复合电极对称电池在1 m A cm的电流密度与1 m Ah cm的放电容量下可以稳定循环1500 h以上,与li Fe PO组装全电池后,首周放电比容量为142 m Ah g,循环240周后为121 m Ah g,容量保持率为85.2%。

关键词：金属锂负极锂枝晶富锂双相合金 li-al合金泡沫铜

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