泡沫鋰與三維集流體磷酸亞鐵鋰電極的研究及機理分析

《泡沫鋰與三維集流體磷酸亞鐵鋰電極的研究及機理分析》是依託哈爾濱工業大學，由王殿龍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：泡沫鋰與三維集流體磷酸亞鐵鋰電極的研究及機理分析
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王殿龍

項目摘要

通過電化學方法製備具有高比表面積的泡沫鋰作為金屬鋰二次電池的負極，降低電極反應的真實電流密度和極化，抑制鋰枝晶的生成，提高金屬鋰二次電池的循環性能和安全性；採用電化學微探針技術對泡沫鋰內部微區電勢進行分析，建立三維網狀結構內部電勢及電流密度分布的數學模型；通過分析泡沫鋰骨架表面SEI膜的微觀形貌及結構變化，結合泡沫鋰負極電化學性能測試，研究電流密度對金屬鋰沉積過程的影響及其動力學關係，以期闡明充放電循環過程中泡沫鋰電極的三維網狀結構對穩定SEI膜和抑制鋰枝晶生長的作用機理，為金屬鋰負極由二維平面結構發展為三維網狀結構提供理論依據和實驗基礎。. 利用泡沫金屬做集流體製備三維磷酸亞鐵鋰電極，研究三維集流體與活性物質界面的導電機理，闡明三維網狀導電網路提高磷酸亞鐵鋰電極倍率性能的機制。

結題摘要

三維結構電極性能突出，研究其作用機理具有理論指導意義。採用三維網狀金屬作為支撐體和集流體，製備了三維網狀結構的金屬鋰、NiO和Co3O4負極，以及三維網狀集流體LiFePO4正極，對製備工藝、電化學性能以及作用機制進行了研究，並建立了三維網狀結構電極和三維網狀集流體電極的內部電勢與電流密度分布的數學模型。 在鋰離子電池電解液（1mol•L-1LiPF6 /EC:DEC:DMC =1:1:1）中，泡沫鋰的陰極還原電流密度為 1-4mA/cm2。泡沫鋰負極性能穩定的作用機理是，泡沫鋰的高比表面積降低真實電流密度和極化，不易產生枝晶和死鋰，從而提高倍率性能和循環性能。對構建的泡沫鋰負極內部電勢和電流密度分布模型進行計算機模擬表明，由於有機電解液的電阻率高，產生較大的液相電勢降，泡沫鋰內部電流密度小，泡沫鋰越薄，內部利用率越高。 三維網狀NiO和Co3O4負極與二維電極相比，倍率性能得到明顯提高。建立受擴散影響活性物質厚度與充放電性能關係的數學模型分析表明，三維網狀電極高的比表面積降低了活性物質單位面積的負載量，使比容量和倍率性能得到顯著提高。 製備了泡沫鎳和泡沫鋁為集流體的三維結構LiFePO4電極，其體積比容量超出鋁箔電極1.2倍，質量比容量高出鋁箔電極50%，單位面積的塗膏量是鋁箔電極的10倍以上。對構建的三維集流體LiFePO4電極內部電勢分布數學模型分析表明，三位集流體的孔徑越小，活性物質的平均利用率越高。 三維網狀泡沫鋰、NiO、Co3O4電極與三維網狀集流體LiFePO4電極的研究及機理分析，為高性能三維結構電極的研究與套用提供了一定的實驗數據和理論依據，希望能夠起到拋磚引玉的作用。