目前商業(yè)鋰離子電池主要采用有機(jī)電解液,其在非常規(guī)環(huán)境下存在漏液、燃燒、爆炸等安全隱患。基于無(wú)機(jī)固體陶瓷電解質(zhì)的固態(tài)電池對(duì)解決傳統(tǒng)液態(tài)電池存在的安全問(wèn)題具有重要意義。此外,固態(tài)鋰電池具有高比能量、長(zhǎng)循環(huán)壽命、自放電低和可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),目前已被廣泛應(yīng)用于微電子系統(tǒng)和便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域。發(fā)展固態(tài)電池的技術(shù)關(guān)鍵在于研發(fā)高性能固體電解質(zhì)。一般來(lái)說(shuō),這種電解質(zhì)應(yīng)具備高鋰離子電導(dǎo)率、寬的化學(xué)窗口和對(duì)電極材料的良好的化學(xué)穩(wěn)定性。石榴石結(jié)構(gòu)鋰離子固體電解質(zhì)(Li-Garnet solid electrolyte,Li₇La₃Zr₂O₁₂,LLZO)具備高電導(dǎo)率(近10^-3 S cm^-1),對(duì)金屬鋰穩(wěn)定,電化學(xué)窗口寬（0⁴V）等優(yōu)點(diǎn),是下一代高安全性固態(tài)鋰電池的候選電解質(zhì)材料之一。從2007年第一次報(bào)道至今,人們專(zhuān)注于該類(lèi)陶瓷的摻雜和結(jié)構(gòu)研究。Al、Ga、Nb、Ta等金屬陽(yáng)離子被嘗試摻入到LLZO晶格,穩(wěn)定其立方相并提高電導(dǎo)率;四方相與立方相的結(jié)構(gòu)分... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所)上海市

【文章頁(yè)數(shù)】：255 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

全球鋰離子電池消費(fèi)電子、動(dòng)力、儲(chǔ)能需求總量

密度較為低下，但相對(duì)來(lái)說(shuō)更加安全。鋰離子二次電池具備較高的重量能量密度，對(duì)于電池成品約 150Wh/kg；其放電電壓區(qū)間為 2.5~4.2V，相對(duì)于傳統(tǒng)的鉛酸、鎳鎘等電池有著巨大的優(yōu)勢(shì)。此外，它還具有自放電小、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、可快速充放電和無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。因此，鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事和民用電池中，是無(wú)人機(jī)、通訊設(shè)備、便攜式計(jì)算機(jī)、照相機(jī)、電動(dòng)工具等小型輕量化產(chǎn)品的理想電源，也是電動(dòng)汽車(chē)中理想的高比能動(dòng)力電源。1.2.1 鋰離子電池技術(shù)的工作原理1990 年日本索尼公司成功研制了一種工作電壓達(dá) 3.6V、質(zhì)量比容量為 78Wh kg 1、體積比容量為 192WhL 1，循環(huán)壽命為 1200 次，月自放電率為 12%的鋰離子電池。與常用的鉛酸、氫鎳和鎘鎳二次電池相比，能量密度高得多（約 2~4倍）。

圖 1.3 含鋰鹽 LiPF6的非質(zhì)子有機(jī)溶劑循環(huán)伏安曲線[32, 33]。 1.3 A schematic presentation of the CV behavior of inert (Pt) electrodes in various familiepolar aprotic solvents with Li salt LiPF6.表格 1.1 鋰離子有機(jī)液體電解質(zhì)中常用有機(jī)溶劑Table 1.1 Common solvents in lithium ion organic electrolytes名稱(chēng) 簡(jiǎn)寫(xiě) 分子式碳酸乙烯酯 EC (OCH2CH2O)CO碳酸二乙酯 DEC (CH3CH2O)2CO碳酸二甲酯 DMC (CH3O)2CO碳酸甲乙酯 EMC (CH3O)CO(CH3CH2O)四氫呋喃 THF (CH2)4O二氧戊環(huán) DOL CH3OCH2OCH31,2 二甲基已烷 DME CH3OCH2CH2OCH2CH3負(fù)極材料的強(qiáng)還原性及正極材料的強(qiáng)氧化性決定了液體電解質(zhì)中有機(jī)溶擇范圍。如圖 1.3 所示，常見(jiàn)溶劑的氧化還原窗口為 2~4 V (vs. Li/Li+)，極電極材料的充放電窗口的范圍分別為 0~0.2 V (vs. Li/Li+)和 3~4.5 V i+)，這大大限制了液體電解質(zhì)中有機(jī)溶劑的種類(lèi)。此外，有機(jī)溶劑中必須性基團(tuán)，如 C≡N、C=O、S=O、C O 等，才能有效地溶解極性的鋰鹽。鋰

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：2940045