可充锂空气电池重要材料概述

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1、可充锂空气电池重要材料概述第一章绪论1.1引言随着经济社会的不断向前发展，能源问题和环境问题越来越引起人们的关注，寻找环境友好可持续发展的能源技术已成为科学家的首要任务之一。近几十年来，以金属锂为基础的电池引领了高性能电池发展方向。这是因为锂金属具较小的密度、最低的电极电势以及很好电子导电性。随着上世纪九十年代sony公司成功将锂离子电池商业化，世界各国已经积极开展了提高锂离子电池综合性能的研究。但考虑到比能量密度，安全性，价格等方面的因素，锂离子电池作为动力电源、特别是新能源汽车的动力源并不能满足要求，要实现电动汽车普及，能量密度需达到目前锂离子电池六至七倍。

2、因此，理论上能量密度远远大于锂离子电池的金属锂空气电池备受关注。锂空气电池作为一种新型能量存储装置，使用空气中氧做活性物质，理论能量密度达到5200宣布开始一项为期多年的研究计划,准备将锂空气电池作为新能源汽车动力电池,一次充电后驱动汽车行驶300英里路程以上。到目前为止，世界各国科学家已经对锂空气电池展开大量的基础研究工作，并已取得一定研究进展，但对锂空气电池的研究仍然处在初级阶段，一些关键瓶颈如电解液稳定性问题和廉价双效催化剂问题阻碍着其实用化进程[1-6]。因此，开发高稳定性的电解液和高效、廉价的双效催化剂成为锂空气电池实用化前的重要课题。..1.2锂空气

3、电池基本原理锂空气电池的概念最早由E.L.Littauer等人于1977年提出[7]，该电池使用金属锂作为负极，活化空气中氧气作为正极活性物质，水溶液作为电解质，由于金属锂在水溶液电解质体系中的腐蚀问题使得电池的自放电率非常高，库伦效率极低，同时电池安全性也无法保证。而后于1996年由K.M.Abraham和Z.Jiang构造了首个非水体系的可充锂空气电池[8]。该电池使用金属锂片作为负极，碳酸酯作为电解液，钴酞箐作为空气电极催化剂。由于使用有机溶剂作为电解液，解决了金属锂的腐蚀问题，该电池展现了良好充放电性能，放电电压平台为2.8V，充放电比容量1430mAh

4、g-1（本论文中如无特殊说明，均按空气电极中碳或催化剂的质量计算电池比容量），且前三圈循环性能优异，放电截止后空气电极拉曼光谱显示放电产物主要为Li2O2。放电时，金属锂单质被氧化为Li+并释放出电子，电子由外电路传递至正极，Li+通过电解质传递至正极；在正极，O2在多孔空气电极表面被还原为O2-或O22-与Li+形成Li2O2或Li2O。充电时，Li2O2或Li2O分解释放出氧气，锂离子通过电解质回到负极重新生成金属锂，实现大容量的充放电。为了验证过氧化锂的可逆生成和分解，英国科学家P.G.Bruce做了大量富有成效的研究工作[10]，首次通过原位质谱证实在碳

5、酸酯电解液体系中反应2Li++2e-+O2→Li2O2具有很好的可逆性，这进一步证实了锂空气电池作为二次电池储能系统的可行性[11]。.第二章实验部分2.1主要试剂2.2主要仪器第三章CO-N/C双效催化剂制备与电化学性能......323.1引言.......323.2催化剂制备.......323.3配合物负载量对催化剂结构和性能影响.......333.3.1催化剂物理结构表征.........333.3.2催化剂电化学性质.......353.3.3催化剂充放电性能.......373.4热处理温度对催化剂结构和性能影响.....373.5本章

6、小结.....51第四章PVDF-HFP聚合物电解质制备与电化学性能.......534.1引言.......534.2聚合物电解质制备.......534.3纳米二氧化硅对PVDF-HFP聚合物电解质改性......554.4离子液体对PVDF-HFP聚合物电解质改性........684.5本章小结.....79第五章基于全氟磺酸膜聚合物电解质制备与电化学性能......815.1引言.......815.2聚合物电解质制备.......825.3LITFSI-DMMP电解液电化学性能......825.4全氟磺酸锂聚合物电解质.......895.5LIT

7、FSI-DMMP/PFSA-LI电化学性质.........915.6LITFSI-DMMP/PFSA-LI电化学稳定性研究.........995.7本章小结.........102第五章基于全氟磺酸膜聚合物电解质制备与电化学性能5.1引言锂空气电池在循环过程中电解液中有机溶剂分解，使得其具有糟糕的循环性能，这成为制约非水体系可充锂空气电池发展的关键因素。各国科学家为了寻找稳定可用的有机电解液已经展开大量研究工作，醚类溶剂特别是高沸点四乙二醇二甲醚显示了较好的电化学特性，应用到锂空气电池中明显好于碳酸酯电化学稳定性，但是，最近的研究结果显示其仍然无法满足锂空气

8、电池对电解液的苛刻要求，