發(fā)布時間：2020-11-10 21:20

　　 目前常用的鋰離子電池大都采用液態(tài)有機電解質,這種含有液態(tài)電解液的電池容易出現(xiàn)爆炸等安全問題。所以,研究新型安全的電池非常重要,全固態(tài)電池使用固體電解質取代有機液態(tài)電解質,在使用過程中,能夠完全避免液態(tài)電解質的漏液,爆炸等問題。全固態(tài)電池不但能滿足電子產品日益多樣化的需求,也能夠生產微型化,多形狀的電池,有望取代鋰離子電池成為下一代儲能電池。目前在鈉離子固態(tài)電解質所有類型中,Nasicon型電解質中的Na_3Zr_2Si_2PO_(12)因其離子電導率高及高分解電壓,化學性質穩(wěn)定等特點成為最具有發(fā)展前景的鈉離子無機固體電解質。但是室溫下Na_3Zr_2Si_2PO_(12)離子電導率為10~(-4),應用在全固態(tài)電池上還不能滿足電池的要求,且該類型電解質的制備溫度較高,不易制備出純相等問題還限制該類型電解質的應用,本論文通過對固體電解質Na_3Zr_2Si_2PO_(12)的Zr位摻雜Al、Mg元素,另外采用低熔點添加劑制備固體電解質,以降低電解質的燒結溫度,提高離子電導率和燒結性能。(1)單摻雜中,使用Al~(3+)摻雜制備的電解質,能夠降低材料中ZrO_2,Na_3PO_4雜質的含量。其致密度和離子電導率都比不摻雜的電解質材料更好,最優(yōu)電解質材料的致密度為91.97%,室溫下離子電導率能夠達到1.19×10~(-3) S·cm~(-1)。在使用Mg~(2+)作為摻雜劑時,電解質材料中的雜質量顯著減少,能夠獲得純相。電解質材料在室溫下離子電導率最高為1.25×10~(-3) S·cm~(-1),電解質材料的致密度為92.6%,比使用Al~(3+)作為摻雜劑獲得離子電導率更高,更致密。(2)在使用Mg~(2+)和Al~(3+)共摻雜時,在Na_(3.05+2x)Mg_xAl_(0.05)Si_(1.95-x)PO_(12)(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)體系中,發(fā)現(xiàn)Mg~(2+)引入量為0.1時能夠獲得比較高的離子電導率和致密度,室溫下離子電導率為1.78×10~(-3) S·cm~(-1),電解質材料的致密度為95.6%,比單獨使用Mg作為摻雜劑獲得的致密度更大,離子電導率更高,證明Mg~(2+)和Al~(3+)共同調節(jié)能夠獲得更適合Na~+通過的離子運輸管道,離子電導率的提高為進一步發(fā)展全固態(tài)電池打下了良好的基礎。在Na_(3.1+x)Al_xMg_(0.05)Si_(1.95-x)PO_(12)(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)體系中,在Al~(3+)引入量為0.05時室溫下離子電導率最高(1.16×10~(-3) S·cm~(-1))。對比兩個體系,Mg~(2+)和Al~(3+)共同摻雜的條件下,Mg~(2+)對離子通道的調控更加明顯,能夠獲得更加有利于Na~+通過的離子管道。(3)低熔點添加劑的選擇能夠在較低的溫度燒結下獲得高離子電導率,顯著提高材料的致密度,選擇Na_2B_4O_7作為燒結助劑,獲得的電解質材料室溫電導率最高能達到1.5×10~(-3) S·cm~(-1),電解質材料的致密度為95%。在Al~(3+)摻雜的基礎上使用低熔點添加劑技術,不僅可以降低晶界阻抗,也可以改善晶粒阻抗。
【學位單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM912
【部分圖文】：

廣東工業(yè)大學碩士學位論文比較成熟的化學儲能技術主要有鉛酸電池、鎳鎘鎳氫電池、鋰離子電池和學電源。圖 1-1 給出目前主要電化學儲能器件性能的比較，其中，可充）電池由于比容量高，循環(huán)穩(wěn)定性好，以及自動化裝配等優(yōu)勢，在工業(yè)認為是具有非常大應用前景的儲能技術。從索尼公司在 1990 年開始商業(yè)經 30 年時間，鋰電池已經應用在各種樣式的電子產品中，更是在移動消占據(jù)主要地位。今年來，特斯拉將鋰電池應用在電動汽車方面更是極大池在儲能方面的應用[6]。

第一章 緒論量大（地殼中鈉含量約為 2.75%，而鋰含量約為 0.065%）、區(qū)域廣泛（圖 1-2 給出全球鋰資源分布比例）。由于鋰離子電池制備和加，在鈉離子電池的制備和加工過程中，可以借鑒和使用其相應的設備和離子電池的開發(fā)和生產成本將大大的降低，鈉離子電池也在規(guī)�；瘍δ芎艽蟮膽们熬癧10]。

鈉離子全固態(tài)電池的結構類似于現(xiàn)在商用的鋰離子電池，該類型的電池采用以正負極材料和固體電解質組裝，其充放電原理與液態(tài)二次電池相似，是一種能夠在室溫下工作的儲能設備。圖 1-3（a）給出了固態(tài)電池的工作原理。由于全固態(tài)電池使用固體的電解質代替有機的液態(tài)電解質，有效的降低了電池的漏液、爆炸等風險。鈉離子全固態(tài)電池在充電過程中，正極表面發(fā)生氧化反應，生成的鈉離子穿過固體電解質嵌入負極的層狀結構，同時等當量的電子從外電路到達負極進行電荷補償，從而達到電荷平衡，負極的層狀結構處于富鈉狀態(tài)。負極存儲的鈉離子數(shù)量越多，充電量也就越多。放電時則正好相反，負極的富鈉從層狀結構脫嵌經過固態(tài)電解質嵌入正極，正極發(fā)生還原反應消耗鈉離子[12]，電子從外電路經過電子設備達到正極，形成電流，設備順利工作。由于全固態(tài)電池簡化了電池結構，減少了電解液和隔膜等結構，且電池組裝可以在空氣氛圍下進行封裝，這樣就降低了電池的生產成本，能夠產生更大的商業(yè)利益[13]。
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本文編號：2878350