锂-氧气电池中氧气正极催化剂的设计与电池的电化学性能研究文献综述

文献综述

文献综述一、选题背景及意义随着科技的日益进步，锂离子电池也在短期内迅速发展，目前已经被广泛地作为大家手中每天所需的手机、笔记本电脑等便携式电子器件的主要电源，成为大家生活必需品中的一部分。

但是，随着高比能设备，如电动汽车和电网储能的发展，传统以嵌入-脱嵌机理运行的锂离子电池体系的能量密度已难以满足当前的市场需求，因此，开发新型的高比能储能体系迫在眉睫。

Li-O2电池采用的是理论比容量高达3860mAh/g、电极电势低至-3.04V （vs.标准氢电极（SHE））的金属Li作为负极，加上空气中源源不断的O2作为正极的活性物质。

对于该电池体系，当不考虑氧气质量的情况下，具有的理论能量密度高达11680Wh/kg，能够直接与汽油相比拟，也正是因此，该电池体系被认为是最具发展前景的下一代高比能储能体系。

二、工作原理根据采用的电解液种类，我们可将Li-O2电池分为非水系、水系、混合系和固态４种类型，而非水系Li-O2电池是目前最受大家喜爱与研究的体系。

非水系Li-O2电池主要由金属锂负极、有机电解液以及O2正极三部分组成，其主要是基于Li2O2的生成和分解来进行能量的储存与转化。

具体来说，当放电时，金属锂在负极发生氧化反应释放电子生成锂离子，随后，锂离子通过有机电解液扩散到O2正极，而电子则通过外电路传输到正极；与此同时，氧气从外界扩散到正极表面，并在其与电解液、电极所构成的气／液／固三相界面处发生还原反应生成Li2O2 。

相反，当充电时则发生逆反应，即在正极发生Li2O2的氧化分解，释放氧气和电子，在负极侧发生锂离子的还原反应生成金属锂。

具体反应如下：放电：O2＋e-＋Li →LiO2＊，LiO2＊＋ｅ-＋Li＋→Li2O2充电：Li2O2→LiO2＊＋ｅ-＋Li＋， LiO2＊→O2＋ｅ-＋Li＋三、Li-O2电池存在的问题及改进办法Li-O2电池存在诸多问题，如电池的充电过电位大、倍率性能差以及循环寿命受限等。