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摘 要

近年来，随着对锂金属负极的研究越来越深入，锂金属负极与电池性能的关系也已得到实验的论证，越来越多的实验数据表明，对负极材料的改性是解决锂金属电池锂枝晶产生导致的循环及安全性能等问题的办法之一。

我们在锂金属电池的集流体正极Cu的表面通过静电纺丝构筑了一层功能性聚合物涂层作修饰层，尝试以此来控制电极与电解液界面附近锂离子的电化学行为以及规范锂离子的剥离与沉积，从而达到抑制锂枝晶生长改善金属锂负极的循环及安全性能的目的。

电纺PVDF修饰层具有三维多孔纤维状结构，且稳定性强，将其作为集流体Cu表面的纳米保护层能够加大电极与电解液的亲和力并且规范锂离子运动，引导锂均匀沉积从而防止锂枝晶的出现而提高电池的循环性能及安全性能，在Li-S电解液中，PVDF涂层修饰后的Cu电极表现出更好的循环性能及更长的寿命，其库伦效率平均在98%。

关键词：锂金属电池 聚偏氟乙烯 锂负极改性 锂枝晶 Li/Cu电池

High performance lithium metal anode modified by polymer coating

Abstract

In recent years, with the research of lithium metal anode more and more in-depth, the relationship between lithium metal anode and battery performance has also been proved by experiments. More and more experimental data show that the modification of anode material is one of the ways to solve the problems of cycle and safety performance caused by lithium dendrite in lithium metal battery.

In order to control the electrochemical behavior of lithium ion near the interface between the electrode and the electrolyte and regulate the stripping and deposition of lithium ion, we have constructed a functional polymer coating on the surface of the collector cathode Cu of the lithium metal battery by electrospinning to control the electrochemical behavior of lithium ion near the interface between the electrode and the electrolyte.

The surface of PVDF is smooth and stable. As a nano protective layer on the surface of fluid collecting Cu, it can increase the affinity between the electrode and the electrolyte, regulate the movement of lithium ion, guide the uniform deposition of lithium, so as to prevent the emergence of lithium dendrites and improve the cycle performance and safety performance of the battery. In li-s electrolyte, the Cu electrode modified by PVDF coating has better cycle performance and longer life The average coulomb efficiency is 98%.

Keywords: Lithium metal battery; Polyvinylidene fluoride; Lithium anode modification; Lithium dendrite; Li / Cu batt

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 引言 1

1.2锂金属电池概况 2

1.2.1 锂金属电池介绍 2

1.2.2 锂金属电池原理 2

1.2.3 锂金属电池面临的挑战 3

1.2.4针对金属锂存在问题的几种对策 4

1.3 对锂金属电池锂负极改性的必要性及意义 6

1.4研究内容及研究方法 7

1.4.1研究内容 7

1.4.2 研究目标 7

第二章 实验方法及内容 9

2.1实验试剂及仪器 9

2.1.1 实验所用主要试剂 9

2.1.2 实验中所需的主要仪器 9

2.2配置PVDF溶液 10

2.3 PVDF溶液电纺涂层对Cu电极进行改性 10

2.3.1聚偏氟乙烯（PVDF）介绍 10

2.3.2 静电纺丝技术介绍 11

2.3.3 PVDF溶液对Cu电极进行改性的操作过程 11

2.4 电极的制作 11

2.5 PVDF涂层包裹金属铜电极的表征 12

2.5.1扫描电子显微镜（SEM）介绍 12

2.5.2 PVDF涂层包裹金属铜电极的表征过程 12

2.6 电化学性能测试 12

2.6.1 Li/Cu电池的装配 12

2.6.2 电化学性能测试介绍 13

2.6.3 电化学性能测试过程 14

第三章 实验结果及分析 15

3.1引言 15

3.2 PVDF功能性聚合物涂层包裹金属Cu电极的表征 16

3.3 被PVDF功能性聚合物涂层包裹阳极电池的电化学性能 17

3.3.1循环充放电之前的电池阻抗情况 17

3.3.2 循环充放电循环测试后的电池阻抗情况 18

3.3.3 对实验电池的循环伏安测试情况 18

3.3.4 对实验电池的充放电循环测试结果分析 20

3.4 PVDF功能性聚合物包裹阳极对Li-S电解液电池性能的影响 21

3.4.1引言 21

3.4.2 PVDF包裹的阳极对Li-S电解液全电池的性能影响 22

3.5本章小结 22

第四章 结论与展望 24

4.1 主要结论 24

4.2 未来展望 24

参考文献 26

致 谢 29

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