【摘 要】
：
锂硫电池由于理论质量比能量高、正极硫资源丰富和价格低廉等优点成为近年来的研究热点。然而,其商业化进程始终受制于多硫化锂的穿梭效应和不稳定的锂负极两大问题。金属锂负极的界面稳定化策略可以有效改善充放电过程中的锂枝晶等问题,同时也对穿梭效应的抑制具有重要作用。本论文通过金属锂负极的界面改性以抑制锂枝晶的生长、缓解体积效应、调控锂离子的沉积,实现金属锂负极的界面稳定;采用多种物化表征手段和电化学测试方法
【基金项目】
：
国家自然科学基金（No.51772068）； 珠海冠宇公司；
论文部分内容阅读
锂硫电池由于理论质量比能量高、正极硫资源丰富和价格低廉等优点成为近年来的研究热点。然而,其商业化进程始终受制于多硫化锂的穿梭效应和不稳定的锂负极两大问题。金属锂负极的界面稳定化策略可以有效改善充放电过程中的锂枝晶等问题,同时也对穿梭效应的抑制具有重要作用。本论文通过金属锂负极的界面改性以抑制锂枝晶的生长、缓解体积效应、调控锂离子的沉积,实现金属锂负极的界面稳定;采用多种物化表征手段和电化学测试方法,研究了界面改性对提升金属锂负极长循环寿命的作用机制,并开展了其在锂硫电池体系的性能验证。采用预处理包覆法成功在金属锂表面构筑了琼脂天然聚合物层,该包覆层的弹性模量高达1.6 GPa,可有效缓解金属锂负极反复沉积/溶出过程的体积膨胀,该层同时具有良好的化学稳定性,可维持锂负极的界面稳定。作为物理隔离层,琼脂层的存在可有效隔开锂负极/电解液的直接接触,从而降低界面副反应、抑制穿梭效应。包覆改性后的对称电池在电流密度1.0 m A cm-2、3.0 m A cm-2下分别实现500 h、300 h的长循环寿命,包覆改性后的锂铜电池在不同电流密度测试中寿命均延长一倍,基于琼脂层包覆改性锂负极的锂硫电池在0.5 C、1.0C下100次循环后分别保持了651 m Ah g-1、500 m Ah g-1的放电比容量。采用溶液浸泡法在金属锂表面构筑了由对氯苯硼酸有机物组成的界面层,理论计算表明该改性层分子与金属锂之间存在强化学吸附作用,X射线光电子能谱（XPS）等分析表明对氯苯硼酸分子可在金属锂表面形成稳定界面层。改性层中的极性官能团可有效调节锂离子沉积、延缓枝晶生长。改性后的锂对称电池在0.5 m A cm-2、1.0 m A cm-2下分别实现超过600 h、500 h的稳定长循环,在循环过程中始终保持较低且稳定的电压极化,且循环后的金属锂表面没有枝晶产生或死锂堆积。采用改性锂负极的锂硫电池在不同循环条件下也实现了稳定长循环,在0.5 C循环200次之后仍保持比容量在605 m Ah g-1、库伦效率大于99.97%。在无硝酸锂（Li NO3）添加剂的电解液体系中,改性后的锂硫电池仍可实现长达120次的稳定长循环。利用氟化锑与金属锂之间的金属置换反应及锂锑合金化反应,在金属锂表面构筑了由氟化锂和锂锑合金两相混合的界面层。在沉积过程中,由于锂锑合金具有优异的电子导电性,锂离子被还原后便沉积在表面。改性形成的均匀凸起结构保证了锂离子在其表面各处的沉积概率相同,从而实现离子的均匀沉积。在醚类电解液体系中,改性后的锂对称电池在1.0 m A cm-2下实现超过700 h的稳定长循环、在3.0 m A cm-2下实现超过400 h的稳定长循环;锂硫电池在不同测试条件下均实现稳定循环,在0.5 C下200次循环之后比容量仍保持在640m Ah g-1。进一步拓展氟化锑改性的锂负极应用于碳酸酯类电解液中,1.0 m A cm-2下的锂对称电池实现500 h的稳定循环;将改性的锂金属匹配钴酸锂正极（LCO）,所组成的电池在不同测试条件下（高正极面载量、贫锂、贫液、贫锂+贫液）均表现出更为优异的循环稳定性。
其他文献
光纤激光器目前在医疗、通信、工业和科学研究领域均有着十分广泛的应用。然而,由于端面损伤、模式不稳定性等限制,光纤激光器的功率提升受到限制。为了绕过输出限制,激光合成技术应时而生。通过光学器件的合成方案,随着合成的激光数目与单束激光功率的提高,合成器件温度与热畸变程度逐渐上升,将会影响最终输出合成光束质量与合成效率。研究合成系统中合成器件热畸变的作用机理,并且提出能够缓解合成器件热畸变,进一步提升合
Cf/Si C复合材料具有轻质高强、高温力学性能优异、耐热冲击等特点,在航空航天等领域应用广泛。Cf/Si C复合材料的加工难度高,因此需要将其与金属连接制成异质构件来满足实际应用要求。本文针对新一代“快舟”系列2000N姿控发动机的复合材料喷管连接需求,力求实现大尺寸Cf/Si C复合材料与Nb的高质量连接。然而,接头尺寸增大后界面结构问题、应力问题以及质量控制问题都变得更加突出。基于此,为了满
张量分解在数据科学、复杂网络等领域有重要应用,其中张量的CP分解是重要分解类型之一。张量的CP分解是矩阵秩一和分解的高阶推广。张量的CP分解广泛出现并应用于心理计量学、化学、机器学习、生物工程等领域。对称张量的秩和对称秩是对称张量CP分解的本质属性。众所周知,在实数域或复数域上,对称矩阵的秩等于对称秩。一个自然的问题:对称张量的秩是否等于对称秩?2008年,Comon教授等人在文献中提出猜想:对称
自20世纪80年代以来,得益于卫星技术、传感器技术以及计算机技术的高速发展,高光谱遥感技术应运而生,并逐渐成为对地观测的重要手段之一。高光谱遥感由于其高光谱分辨率,可以获得连续而精细的地物光谱特征曲线,为地物特征分析带来有利条件,已被广泛应用于国土资源调查、地球科学与应用和国防安全等诸多领域。高光谱遥感技术的出现促使遥感应用朝更加精细准确的方向发展,然而,由于成像系统内部和外界环境等诸多因素影响,
相较于铺层复合材料,三维机织复合材料特殊的空间结构使其具有更优越的抗分层和抗冲击性能,被广泛地应用在航空、航天等诸多领域。然而,也正是由于这种特殊的空间结构,三维机织复合材料具有非常复杂的损伤机理,这给三维机织复合材料性能的准确表征和仿真研究带来了严峻挑战。本文通过调研复合材料相关的文献发现,目前对复合材料的面外性能研究仍主要集中于铺层复合材料,针对三维机织复合材料面外性能的试验方法、损伤机理研究
折纸是一门古老的东方艺术,它通过简单的操作将平面纸张直接折叠成复杂的立体几何物体。近年来,折纸已经不仅仅是纯粹的美学追求,也成为了众多科学和工程领域的热门研究对象。折纸表现出丰富而独特的非线性动力学行为,具有广泛的工程应用前景。折纸结构动力学特性研究是其工程应用的基础,然而相关的工作仍在起步阶段。折纸在动力学领域的应用也属于新兴研究领域。因此,发展折纸结构动力学研究方法,深入开展基于折纸原理的工程
光纤传感具有抗电磁干扰、耐腐蚀、生物相容性好以及可远程监控等优点,因此在恶劣环境和生物医学等应用领域发展迅速。光纤传感中,曲率的高灵敏度及矢量测量在人工智能和侵入式医疗等领域具有重要意义。然而,现有的光纤曲率传感器存在测量灵敏度低、不利于微型化以及测量盲点等不足,难以满足实际应用需求。本文开展了基底封装和自组装光纤传感器的理论和实验研究,旨在为光纤曲率传感技术提供一种制备简单、可实现矢量测量的高灵
电致变色是指材料的光学属性在外加电场作用下发生可逆变化的现象,电致变色材料在智能窗、航天器智能热控和信息显示等领域具有广阔的应用前景。目前,WO3/NiO互补型器件存在透过率调制幅度小、响应速度慢和着色效率低等电致变色综合性能不理想的问题。本文采用磁控溅射技术,以阴极电致变色材料WO3、阳极电致变色材料NiO及其互补型电致变色器件为主要研究对象,研究了具有梯度结晶结构的WO3薄膜构建及电致变色行为
光学回音壁微腔是以全反射形式将光束缚在微小空间的微型光学器件,因具有品质因子高和模式体积小的卓越优势,成为光学传感、非线性光学以及微波光子器件等光学领域的研究热点。传统回音壁微腔主要基于微球腔进行研究,但在众多微腔中,空芯微腔不仅具备传统微腔优异的光学性能,而且具有微流监测用量低和两端带柄的结构特点,为力学、材料化学和生命科学等基础研究和开发提供优秀的实验平台,具有极高的理论和应用研究价值。但是,
碳纤维/环氧复合材料由于其轻质、高强、耐磨等特点,而被广泛应用于体育用品、汽车制造、航天航空领域。随着新能源汽车等的发展,对碳纤维复合材料的综合性能提出了更高的要求。上浆剂在碳纤维复合材料中处于纤维与树脂的界面处,对复合材料的综合性能起着重要的作用。但是,上浆剂通常以保护碳纤维（CF）为目的,对界面性能提升有限。因此,如何优化上浆剂结构增加与基体树脂的可反应基团,通过简单的上浆工艺提高复合材料综合