锂电池金属锂电极表面聚合物修饰研究

Metallic lithium with high electrode potential and a high theoretical specific capacity of 3860 mA h g?1 is a promising anode candidate for rechargeable Li batteries. However, lithium metal is unstable and easy to produce 'lithium dendrite' or 'dead lithium',resulting in an inner short-circuit or explode hazard, so its appilication in lithium secondary batteries is limited.In this project, a bimetal type organometallic compound is proposed to modify lithium electrode surface to obtain a dense protective film,so its stability will be improved and 'lithium dendite' growth will be retared. The conductivity, density, stability,electrochemical behaviors of modified Li electrode will be systematically investigated. A charge transfer and diffusion law and electrode reaction mechnism will be found from above studies.It will provide a foundation for appication of lithium metal.

金属锂由于具有最负电极电位和最高的理论比容量3860 mAh/g而被认为是高性能锂电池最具发展前景的负极材料之一。 但是由于金属锂不稳定及易产生"锂枝晶"或"死锂"等，导致电池内部短路, 爆炸的安全问题，限制了其在锂二次电池中的实际应用。本课题提出了一种双金属型有机金属化合物对金属锂电极进行修饰，在电极表面形成一层致密保护膜，以提高其稳定性和抑制"锂枝晶"生长。通过保护膜电导率、致密性、稳定性、润湿性、修饰电极电化学行为等研究，建立电极表面保护膜内电荷转移和扩散机制，以及电极反应热动力学原理，为金属锂电极的应用奠定基础。

金属锂由于具有最负电极电位和最高的理论比容量3860 mAh/g 而被认为是高性能锂电池最具发展前景的负极材料之一。 但是由于金属锂不稳定及易产生"锂枝晶"或"死锂"等，导致电池内部短路,循环寿命缩短，甚至产生爆炸等安全问题，从而限制了其在锂二次电池中的实际应用。因此，本课题提出采用金属锂有机化合物，如三甲基氯硅烷、三甲基氯锡烷、六甲基二硅烷和六甲基二锡烷等，对金属锂进行表面修饰，以在金属锂表面形成致密保护膜。结果表明：保护膜的厚度受反应时间、不同表面预处理方法等因素影响。通过四氢呋喃前处理和O2处理0.5h后，再用三甲基氯硅烷修饰10min，可以在金属锂电极表面形成致密的保护膜，保护膜的厚度在84nm；未经过O2处理的六甲基二硅烷在相同条件下仍可以生成保护膜，但保护膜的致密性相对三甲基氯硅烷较差，但比未修饰的要好很多；采用三甲基氯锡烷和六甲基二锡烷修饰金属锂的时间不超过5min，可以获得相当于合金与有机保护膜双重功能的保护膜。同时，采用不同电化学测试方法研究了具有保护膜的金属锂电极在Li/S全电池和Li/Li对称电池体系中电化学行为。结果表明修饰后的金属锂电极具有较高的稳定性，在一定程度上有效地抑制了多硫化锂对金属锂表面腐蚀，提高的电池的比容量与循环寿命，尤其是三甲基氯化硅修饰的锂硫电池在0.5C循环100次后比容量仍保持760mAh/g,循环效率维持在98.7%。此外，三甲基氯化硅修饰的锂硫电池也具有较好的倍率性能，在5C的电流密度下比容量可达460mAh/g, 是目前锂离子体系的两倍以上，使其高功率电子应用市场具有竞争力。