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金属锂是目前已知的质量比能量最高的电极材料之一,以金属锂作为负极材料的锂二次电池长期受到人们的关注,但在其商品化之前,必须解决金属锂负极在循环性能和安全性能上的不足。已有的研究证明:影响金属锂负极在电池中性能的主要因素是其表面的固体电解质中间相界面膜(SEI膜)的性能;如何使锂金属电极表面具有组成良好、结构稳定的SEI膜,或者使锂电极表面SEI膜能够更好的“稳定化”,是提高锂二次电池中锂金属负极电化学性能的关键。针对以上目标,提出两种全新的锂电极改性方法,以使锂金属电极表面具有更加稳定的SEI膜。方法一:尝试采用环醚类化合物对金属锂电极进行表面预处理,预先在金属锂表面形成良好的表面SEI膜,提高锂电极界面稳定性和锂负极的电化学性能。方法二:研究新型锂铝固溶体合金材料并将其应用于锂二次电池中,通过微量合金成份铝的掺杂提高锂电极/电解质界面SEI膜的稳定性,进而提高锂负极性能;而该合金不会像以往高铝含量的锂铝合金那样降低锂电极的质量比能量和电化学反应电势。本论文系统地研究了以上两种锂电极改性方法分别对锂金属电极电化学行为及其在锂电池中性能的影响,并对这两种新型锂电极改性方法的作用机制进行了分析。研究不同环醚对锂电极的预处理作用发现,1,4-二氧六环(DOA)和1,3-二氧五环(DOL)对金属锂电极的表面预处理均可以在金属锂表面形成一层良好的SEI钝化膜,对锂金属电极起到了保护性作用,使锂电极具有较小的界面阻抗,有效地提高了金属锂电极的充放电循环效率,改善了锂金属电极在循环过程中的表面形貌;而DOA和DOL对金属锂电极的表面预处理,不会明显的影响锂电极的动力学性能。DOA或DOL预处理锂电极组成的锂电池循环寿命明显提高,容量衰减也比较平稳,且DOA处理效果最佳。进一步的实验认为DOA、DOL对金属锂电极预处理作用的基本机制是:DOA、DOL在金属锂表面发生了还原聚合过程,使电极的SEI界面膜拥有更好的弹性,可以很好的适应锂电极在充放电过程中的体积和形貌变化,减少了表面SEI膜的破损,抑制了活性物质金属锂和电解液间的非法拉第反应,使锂电极在充放电过程中显示出优秀的界面稳定性、更高的充放电循环效率以及更长循环寿命。