[01384138]PVDF改性锂金属负极在锂空气电池中的应用研究

随着商业化锂离子电池的容量逐渐接近理论值,寻找更高容量密度的电化学能源存储系统,逐渐成为全世界关注的热点。电池的能量密度主要由正负极材料的吉布斯自由能决定。选择高能量密度正负极材料,是提高电池能量密度最重要的环节。近年来,超高容量锂空气电池由于其巨大的理论比容量,成为各国重点投入的研究方向。锂空气电池的工作原理主要为作为正极的空气与作为负极的金属锂发生电化学可逆反应。由于空气和锂金属均具有超高的理论比容量,因此锂空气电池的理论容量值极高。然而,锂金属负极在充放电过程中,发生的是金属溶解和沉积反应。典型的锂金属在电沉积过程中,多以不均匀沉积的形式出现。其中最为严重的枝晶状沉积极有可能刺破隔膜导致正负极之间接触形成短路,从而造成电池内电流过大形成过热,以致引发安全事故,如图 3 所示。而锂空气电池中锂金属负极极片整体处于空气环境中,这使得锂金属枝晶生长的条件更加复杂。因此,在锂空气电池中抑制枝晶生长具有更大的挑战。 为了避免锂枝晶产生的各种安全问题,近年来,采用固体电解质能排除电池内部短路及液体电解液泄露的隐患,有望解决有机电解液造成的锂二次电池的安全问题本项目拟采用 PVDF 制备聚合物电解质层改善锂金属界面,进而实现本征上抑制锂枝晶沉积。重点研究在空气条件下锂金属表面状态,系统探究 PVDF 改性锂金属表面对抑制枝晶生长的机理,继而全面提升锂空气电池的性能。本项目的研究成果将为提高锂空气电池的容量及循环性能提供新的技术基础,并具有广泛的社会和经济价值。