近年來,隨著國家對新能源產業(yè)發(fā)展的大力支持,鋰離子電池得到了快速的發(fā)展,應用的領域也越來越多。目前廣泛使用的液態(tài)鋰離子電池采用的是有機液體電解質,存在漏液易燃的安全隱患。因此,采用無機固體電解質的固態(tài)電池能很好的解決目前液態(tài)電池的安全性問題。主要原因是全固態(tài)鋰離子電池具有其良好的熱穩(wěn)定性和安全性及高的能量密度。發(fā)展固態(tài)電池的關鍵材料是研發(fā)性能優(yōu)異的固體電解質。在固體電解質的發(fā)展體系中,Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZO）具有高的室溫鋰離子電導率（¹0^-44 S/cm）,寬的電化學窗口（>5V）,并且在室溫下化學性質穩(wěn)定,與電極接觸良好等優(yōu)點成為最有前途的固體電解質之一。因此,本文研究石榴石型氧化物固體電解質LLZO,并且為了更好的制備性能優(yōu)異的LLZO固體電解質,本文分別利用微波燒結法和固相燒結方法優(yōu)化了LLZO的燒結工藝,制備了性能優(yōu)異的立方相固體電解質LLZO。采用微波燒結的技術在較低溫度（1150℃）下制備了純度高的LLZO固體電解質材料,研究... 

【文章來源】： 胡東偉 湖北工業(yè)大學

【文章頁數(shù)】：53 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池的工作原理

目前,鋰離子電池正極主要使用的是鋰的金屬氧化物,負極材料為石墨。然而,在第一次放電過程中,液態(tài)電解質會被石墨還原,同時會在石墨表面形成鈍化膜(SEI),如圖1.2所示,SEI層的性質和化學成分在一定程度上限制了鋰離子在石墨電極和液體電解質之間的傳輸。除此之外,有機液體電解質還存在以下問題:電化學窗口窄,隨著市場上較高和較低壓電極材料的出現(xiàn),使得目前的電解液無法兼容這些電極此類。使用溫度范圍區(qū)間小,目前商業(yè)的有機液體電解質的使用溫度大多為-20℃~60℃之間;并且在大電流通過時,電池性能會下降。

1.2.3節(jié)簡述了幾種典型的鋰離子電解質類型和特點,圖1.3為幾種鋰離子固體電解質的種類及其離子電導率隨溫度的變化曲線。石榴石結構的Li7La3Zr2O12(LLZO)固體電解質的電導率一般低于硫化物,但高于聚合物,室溫下可達10-3S/cm。相比于NASICON、LISICON、鈣鈦礦這類氧化物固體電解質,LLZO的離子電導率稍高一些。相比于硫化物固體電解質,LLZO具有成本較低,可以在空氣中制備和儲存的優(yōu)點,且沒有毒性。相比之下,硫化物固態(tài)電解質的電化學穩(wěn)定性差在空氣中對水非常敏感。電化學穩(wěn)定性差直接限制了其在高能量密度(高工作電壓正極、鋰金屬負極)動力電池中的應用。空氣穩(wěn)定性差使得其易與空氣中的H2O反應生成H2S,從而降低其電解質的使用壽命。1.3.1 石榴石型氧化物固體電解質Li_7La_3Zr_2O_(12)的制備


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