摘要
锂金属负极(Li)因其极高的理论容量（3860mAhg-1）和最低的氧化还原电位(-3.040Vvs.标准氢电极)而被视为极具前景的锂离子电池负极材料之一。然而在实际应用中，锂金属负极还面临着一些问题，如：循环寿命短，安全性能差。这些问题与锂金属负极固体电解质界面（SEI）的复杂形成过程密切相关。因此，本论文聚焦SEI结构和成分的调控，通过自组装单分子层及卤素添加剂的使用，建立高离子导电的SEI，以实现锂离子在负极上的均匀沉积，提高锂金属负极的循环寿命。主要研究内容如下： （1）本研究采用自组装单分子层技术，研究了极性的羧基基团对SEI形成的影响。对涂有Al2O3的聚丙烯（PP）隔膜表面进行改性，采用有机酒石酸分子构建了具有有序端基的自组装单分子层（SAMs）。具有羧基末端的SAMs利用偶极矩的导向电子供应，加快了对双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiTFSI）的还原，从而形成了富含LiF的SEI。研究表明，富含LiF的SEI膜使锂离子在基体中均匀沉淀，从而有效地抑制锂枝晶。使用改性隔膜所组装的锂金属负极匹配磷酸铁锂的全电池在600次充放电后仍能保持90.38%的容量。该策略对理解有机极性基团对SEI形成的影响具有重要的理论和实际意义。 （2）本研究使用溴化锂作酯类电解液添加剂，对锂金属电池进行改性。通过Li||Li电池和Li||Cu电池的电化学测试、SEM形貌表征以及XPS等方法，分析了溴化锂对锂金属表面SEI结构和成分的影响，以及其在电池中的作用机制。研究发现富含溴的SEI具有高离子扩散系数及表面能，能够降低锂沉积过程中的成核势垒和过电位，从而表现出更加平坦、均匀和致密的锂沉积层形貌。在引入2wt.%LiBr的条件下，Li||Li对称电池可以保持过电位低于20mV的同时循环寿命超过了700h，理论计算和实验测量证明了溴化锂对锂金属电池的电化学性能具有明显的提升作用。。
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