论文部分内容阅读
近年来,锂二次电池作为便携式电子产品及新兴电动汽车的电力来源,给我们的日常生活带来了深远的影响。金属锂因其较高的理论容量和极低的电极电势,被视为最有前景的负极材料。然而,在充放电过程中,锂枝晶的形成和增长造成了电池安全性差、循环效率低,这阻碍了锂金属的广泛应用,因此金属锂的保护成为了当前的研究热点。金属有机框架材料具有高的比表面积,能够吸附对锂二次电池循环不利的杂质,也可以产生位阻效应,并且有些金属有机框架材料表面本身就有特定的Lewis酸位点或者空配位点,这些特征都有利于锂离子从锂盐中解离出来,参与运输。本论文采用多孔的金属有机框架结构材料填充不易燃烧的离子液体电解质制备出新型准固态电解质,并对制成的电解质物化性能及电化学性能进行了系统研究,同时采用金属有机框架制成核壳结构的纳米涂层保护金属锂负极。取得了以下阶段性成果:（1）ZIF-67基准固态电解质在高温锂电池中的应用。本论文利用高能球磨法将离子液体电解质吸附在ZIF-67孔内和孔外制成新型准固态电解质。离子液体电解质由双三氟甲磺酰亚胺锂（Li TFSI）溶于N-甲基丙基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐(Py13TFSI)制得。制备所得的准固态电解质离子电导率高(在室温下能够达到10-3S·cm-1)、热稳定性好和安全性高。物化性能测试表明,该电解质电化学稳定窗口可达5.4 V vs.Li+/Li。与Li Fe PO4电极材料匹配的相容性测试表明,60°C环境中,含有该电解质的电池具有良好的充放电性能和循环稳定性。Li/Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2电池在60°C～150°C的工作温度下表现出正常的充放电曲线和平台。对锂的稳定性测试表明,该电解质在60°C下稳定性长达1600小时。（2）ZIF-8@PMMA核壳结构纳米涂层用于保护金属锂负极。本论文先将ZIF-8进行改性,使其表面带有双键,然后采用乳液聚合法合成ZIF-8@PMMA核壳结构,与N-甲基吡咯烷酮（NMP）超声后涂覆在铜箔上,形成一层致密的ZIF-8@PMMA纳米涂层。电镜结果显示实验合成的ZIF-8呈正十二面体。通过电化学测试表明ZIF-8@PMMA纳米涂层提高了锂二次电池的库仑效率,且SEM照片显示加了纳米涂层的铜箔表面形成的锂枝晶更少。电压-时间曲线显示纳米涂层有利于延长锂枝晶刺穿隔膜的时间,这说明该纳米涂层有力地保护了金属锂负极。