鋰-氧氣電池用氟化電極及氟化聚合物電解質(zhì)的研究.pdf

1、憑借其高理論能量密度、環(huán)境友好性和成本低廉等優(yōu)勢，鋰-空氣電池有望替代傳統(tǒng)鋰離子電池成為新型儲能設(shè)備，以解決目前新能源汽車行業(yè)發(fā)展的瓶頸。但鋰-空氣電池的應(yīng)用化依然面臨著電極極化嚴(yán)重、電解液分解且揮發(fā)、金屬鋰被腐蝕、倍率和循環(huán)性能差等諸多問題。含氟碳材料本身憎水，可以儲存鋰離子，而且氟碳材料孔徑皆為介孔，可作為三相反應(yīng)界面，相關(guān)性能已經(jīng)在鋰離子電池中得到應(yīng)用。全氟磺酸聚合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且為單一離子導(dǎo)體，在鋰離子電池中同樣得到了良好應(yīng)用。本文

2、針對鋰-空氣電池電極極化和電解液分解兩個問題，研究了含氟材料在鋰-空氣電池中的性能，包括氟化碳-碳黑雜化空氣電極和全氟磺酸鋰聚合物電解質(zhì)。
　　首先，在空氣電極優(yōu)化方面，我們將四種氟化碳材料（Fluorinated carbon，CFx）與傳統(tǒng)科琴碳黑（Ketjen black，KB）復(fù)合，制備雜化空氣電極（CFx/KB）。針對KB碳黑和CFx的物理性能和形貌特征，我們先后做了比表面積及孔徑分析（BET）、X射線衍射（XRD）、X

3、射線光電子能譜（XPS）和隧道掃描電鏡（SEM）測試。借助其在微觀結(jié)構(gòu)和協(xié)同效應(yīng)方面的優(yōu)勢，雜化空氣電極表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能。其中，氟化石墨（F-graphite）和科琴碳黑組成的F-graphite/KB雜化空氣電極性能最優(yōu)，在0.1 mA cm-2的電流密度下，放電比容量可達(dá)到4273 mAh g-1，比同等條件下的KB空氣電極的比容量（3133 mAh g-1）要高。當(dāng)電流密度升至0.5 mA cm-2時，雜化空氣電極放電比容

4、量為1138 mAh g-1，約為同等測試條件下KB空氣電極放電比容量（265 mAh g-1）的四倍，具有良好的倍率性能。此外，我們發(fā)現(xiàn)只有雜化空氣電極中CFx與KB碳黑比例適中時，才能有最好的電化學(xué)性能表現(xiàn)。
　　另外，在鋰-空氣電解質(zhì)方面，我們以全氟結(jié)構(gòu)的全氟磺酸鋰（PFSA-Li）為基體，以DMSO為塑化劑，制備得到PFSA-Li-DMSO聚合物電解質(zhì)膜。測試結(jié)果表明，該聚合物電解質(zhì)膜室溫鋰離子電導(dǎo)率可以達(dá)到6.4×10-