鋰離子-鋰空氣混合電池的設計與制備.pdf

1、在當今社會，人類正在消耗大量的化石燃料，用看似低廉的成本卻付出了生態(tài)環(huán)境嚴重污染的巨大代價。追求綠色、清潔、低碳的可再生能源變得尤為緊迫，特別對于大規(guī)模應用已是蓄勢待發(fā)。因此，開發(fā)具有高能量密度和高循環(huán)效率的儲能系統(tǒng)具有重要意義，它能夠存儲和轉換能量，比如電動汽車。鋰離子電池是電化學儲能的代表和成功典范，它已經(jīng)被廣泛應用在各種小型設備上，像手機、筆記本電腦，也許將來它能輕松驅動汽車。然而，鋰離子電池的正極材料一般是基于嵌入脫出反應，即在

2、材料的晶格結構不變的前提下鋰離子在其中嵌入脫出。這樣從本質上限制了鋰離子電池的能量密度。相比而言，鋰空氣電池以轉化反應為基礎，潛藏著巨大的能量，有機系鋰空氣電池的能量密度達到3460 Wh kg-1。
　　本論文以傳統(tǒng)鈷酸鋰做正極，首次在純氧氣環(huán)境下充放電，得到鋰離子/鋰空氣混合電池，它呈現(xiàn)兩個放電平臺，分別在3.8 V和2.6 V，由于增加的鋰空氣電池的放電容量，該電池的能量密度比鈷酸鋰鋰離子電池增加了一倍。但是電解液TEGDM

3、E的分解使電池容量衰減很快。
　　離子液體的電化學窗口寬，具有許多優(yōu)異性能。因此我們選用1-乙基-3甲基咪唑雙三氟甲磺酰（EMITFSI）作為電解液。雖然鋰離子電池部分能穩(wěn)定放電，鋰空氣電池放電衰減很快。對比XPS的結果，我們推測是由于放電產物過氧化鋰的不完全分解造成的。
　　為了解決離子液體中鋰空氣電池放電產物不完全分解的問題，我們采用了新的放電模式，即兩個深度放電（截止電壓為2 V）之間夾兩個淺放電（截止電壓為3 V）。

4、使用這種放電模式是因為鈷酸鋰的脫嵌鋰電壓在3.8~4.2 V，有助于分解過氧化鋰和其它副產物。用這種方式，混合電池穩(wěn)定循環(huán)了28圈，相比于連續(xù)深放電循環(huán)性能顯著提高。
　　最后我采用靜電紡絲法合成RuO2/Fe2O3納米纖維。通過XRD和SEM分析，我們認為熱處理溫度為500 oC，時間1 h是最佳的條件。充放電曲線證明RuO2/Fe2O3納米纖維能催化鋰空氣電池的ORR和OER反應。首圈放電電壓比純super P提高500 mV