电解液添加剂对锂金属负极枝晶抑制及电化学性能研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:eusnkk
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随着电动汽车的飞速发展和各行各业对电子设备要求的不断提升,人们对锂离子电池的需求已经不仅仅满足于当前发展状况,因此研究并开发更高性能的锂电池材料已经显得尤为关键。由于在锂金属负极电池中锂金属具有高容量和低电势的优点,锂金属都被认为是有希望的下一代的电极材料的候选者。然而,安全问题、较低的循环寿命以及不可控制的锂枝晶生长成为研究中需要重点解决的问题。本论文将采用一种薄膜状物质作为电解液的添加剂用于抑制锂金属负极电池中锂枝晶的生长,从而提高电池的循环稳定性,循环寿命和安全性。本论文中以三种不同的物质作为电解液添加剂,分别是已经商业化使用的混合纤维素酯微孔滤膜,由聚丙烯腈(PAN)、二氧化锰(MnO2)和N-N二甲基甲酰胺(DMF)静电纺丝制得的薄膜和由聚丙烯腈(PAN)、二氟化镁(MgF2)和N-N二甲基甲酰胺(DMF)静电纺丝制得的薄膜。分别将三种薄膜加入铜|锂非对称电池和锂|锂对称电池中作为电解液的添加剂,通过观察充放电循环后电池内部锂枝晶的生长情况分析三种不同的电解液添加剂对锂枝晶的抑制机理。论文重点根据电化学性能测试分析了加入三种不同添加剂前后电池循环稳定性和循环寿命的变化。由混合纤维素酯微孔滤膜做电解液添加剂的电池界面电阻最小为29Ω·cm2,说明SEI层电阻以及电荷从电极和电解质转移电阻减小,有利于粒子堆积,电池库伦效率稳定,其平均库伦效率最高约为99%。电压波动稳定并且提升了电池的安全性,循环寿命长。添加MnO2纺丝成膜作电解液添加剂的电池界面电阻较小,可以抑制锂枝晶的生长,使锂均匀地沉积,铜|锂非对称电池的库伦效率较高为96%,循环稳定性好,锂|锂对称电池循环寿命长。添加MgF2纺丝成膜作电解液添加剂的电池界面电阻在三种添加剂中最大为200Ω·cm2,但是它也可以抑制锂枝晶的生长,并且电池的库伦效率高为95%,循环稳定性好,循环寿命也较长。因此,混合纤维素酯微孔滤膜做电解液添加剂对锂枝晶抑制效果最好,铜|锂非对称电池表现出的库伦效率最稳定,锂|锂对称电池表现出的电压波动最小、安全性最高,循环寿命最长。
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