固態(tài)電解質(zhì)Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 （PO 4 ） 3 制備及性能研究
發(fā)布時(shí)間：2021-04-07 00:59
鋰離子電池是目前應(yīng)用最廣泛的電池,在新能源汽車、手機(jī)和筆記本電腦等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的鋰離子電池采用液態(tài)電解質(zhì)傳輸鋰離子,封裝難度較大,工作時(shí)自身發(fā)熱易導(dǎo)致電池內(nèi)部隔膜破壞,電解液泄露后正負(fù)極直接接觸燃燒。全固態(tài)鋰離子電池采用固態(tài)電解質(zhì),有效地提高了安全性、能量密度、電池容量和循環(huán)穩(wěn)定性。Li1.3Al0.3Ti1.7（PO4）3（LATP）是目前已知的具有最高理論離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì),其值為3 × 10-3S/cm。但由于燒結(jié)時(shí)自身的分解反應(yīng),LATP樣品中存在雜質(zhì)相和微裂紋,致密度下降,導(dǎo)致離子電導(dǎo)率下降至10-4S/cm。為了解決這一問題,本文通過Monte Carlo法模擬純相LATP晶粒生長過程,分析燒結(jié)過程中LATP的微觀組織變化規(guī)律并依此對其生長做出預(yù)測,得到樣品致密度超過理論閾值96.7%的燒結(jié)工藝參數(shù)。為了進(jìn)一步提高LATP的性能,通過添加助燒劑改善LATP樣品的微觀組織結(jié)構(gòu),分析燒結(jié)助劑對微觀組織結(jié)構(gòu)變化的影響,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定最佳的燒結(jié)工藝參數(shù)。采用經(jīng)典Monte ...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：89 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
全固態(tài)與傳統(tǒng)鋰二次電池對比圖[13]
第1章緒論-3-16]。全固態(tài)鋰離子電池的正極一般由活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和固體電解質(zhì)組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。放電過程中鋰離子從正極中脫出，經(jīng)過固體電解質(zhì)傳輸并與負(fù)極活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，嵌入負(fù)極中，隨著鋰離子的傳輸，外電路中發(fā)生電子的定向轉(zhuǎn)移，從而形成電流。充電過程中Li+的傳輸過程與放電時(shí)相反。因此鋰離子電池的導(dǎo)電原理為鋰離子在正負(fù)極間的反復(fù)脫嵌和嵌入導(dǎo)致電池中電能和化學(xué)能發(fā)生互相轉(zhuǎn)換。以常見的LiCoO2/Li電池為例，其充放電反應(yīng)式如下[12]：(1.1)由上述全固態(tài)鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和工作原理可知，為了制備高性能的鋰離子二次電池，我們需要選擇合適的正負(fù)極材料以得到盡可能高的正負(fù)極電勢差。正極除了需要較高的平臺電壓外，還需保證Li+在正極內(nèi)部嵌入和脫出時(shí)正極材料的結(jié)構(gòu)具有盡量高的穩(wěn)定性，防止正極結(jié)構(gòu)變形影響Li+的脫出和嵌入，從而影響電池容量。負(fù)極材料需要具有盡量低的電位以方便Li+的嵌入，從而具有更長的循環(huán)壽命。圖1-2全固態(tài)鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖[16]從上文中我們已經(jīng)知道全固態(tài)鋰離子電池的正負(fù)極材料選擇對于電池性能的提高具有很大的影響，下文簡單介紹正負(fù)極材料的選擇[17-19]。正極：正極材料是目前全固態(tài)鋰電池研究的最大熱點(diǎn)，這是由于相較于負(fù)極材料，正極材料的成本對全固態(tài)鋰電池的整體成本影響最大，商業(yè)應(yīng)用價(jià)值最高，因此目前國家和各個(gè)公司對于鋰電池研究的投入均以正極材料為主。目前市場上傳統(tǒng)的應(yīng)用最為廣泛正極材料還是以LiCoO2及其改性材料為主，但
第1章緒論-7-圖1-3LiFePO4/PEO/Li全固態(tài)電池循環(huán)性能測試圖Shin等人[28]采用相似的思路對PEO基聚合物電解質(zhì)進(jìn)行改性，向PEO基聚合物中添加二氧化鈦和LiCF3SO3進(jìn)行摻雜，通過改變TiO2的含量調(diào)節(jié)PEO基聚合物電解質(zhì)的性能，最終改變LiFePO4/PEO/Li全固態(tài)電池的性能。TiO2可以明顯減少聚合物的結(jié)晶，從而減少界面電阻，提高電池性能。如圖1-4所示，隨著TiO2含量的升高，全固態(tài)電池的容量變化較小，但循環(huán)性能得到大大提升，當(dāng)TiO2含量為15wt%時(shí)，其循環(huán)性能相較于原始對照組提高了25%。圖1-4LiFePO4/PEO/Li全固態(tài)電池電化學(xué)性能測試圖無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)主要分為以下五種[30,34,35]：首先是Li3N型電解質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。該類型電解質(zhì)是最早被開發(fā)出來的無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)，目前已被發(fā)展為Li2S型電解質(zhì)。其優(yōu)點(diǎn)為離子電
本文編號：3122492
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：89 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
全固態(tài)與傳統(tǒng)鋰二次電池對比圖[13]
第1章緒論-3-16]。全固態(tài)鋰離子電池的正極一般由活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和固體電解質(zhì)組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。放電過程中鋰離子從正極中脫出，經(jīng)過固體電解質(zhì)傳輸并與負(fù)極活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，嵌入負(fù)極中，隨著鋰離子的傳輸，外電路中發(fā)生電子的定向轉(zhuǎn)移，從而形成電流。充電過程中Li+的傳輸過程與放電時(shí)相反。因此鋰離子電池的導(dǎo)電原理為鋰離子在正負(fù)極間的反復(fù)脫嵌和嵌入導(dǎo)致電池中電能和化學(xué)能發(fā)生互相轉(zhuǎn)換。以常見的LiCoO2/Li電池為例，其充放電反應(yīng)式如下[12]：(1.1)由上述全固態(tài)鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和工作原理可知，為了制備高性能的鋰離子二次電池，我們需要選擇合適的正負(fù)極材料以得到盡可能高的正負(fù)極電勢差。正極除了需要較高的平臺電壓外，還需保證Li+在正極內(nèi)部嵌入和脫出時(shí)正極材料的結(jié)構(gòu)具有盡量高的穩(wěn)定性，防止正極結(jié)構(gòu)變形影響Li+的脫出和嵌入，從而影響電池容量。負(fù)極材料需要具有盡量低的電位以方便Li+的嵌入，從而具有更長的循環(huán)壽命。圖1-2全固態(tài)鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖[16]從上文中我們已經(jīng)知道全固態(tài)鋰離子電池的正負(fù)極材料選擇對于電池性能的提高具有很大的影響，下文簡單介紹正負(fù)極材料的選擇[17-19]。正極：正極材料是目前全固態(tài)鋰電池研究的最大熱點(diǎn)，這是由于相較于負(fù)極材料，正極材料的成本對全固態(tài)鋰電池的整體成本影響最大，商業(yè)應(yīng)用價(jià)值最高，因此目前國家和各個(gè)公司對于鋰電池研究的投入均以正極材料為主。目前市場上傳統(tǒng)的應(yīng)用最為廣泛正極材料還是以LiCoO2及其改性材料為主，但
第1章緒論-7-圖1-3LiFePO4/PEO/Li全固態(tài)電池循環(huán)性能測試圖Shin等人[28]采用相似的思路對PEO基聚合物電解質(zhì)進(jìn)行改性，向PEO基聚合物中添加二氧化鈦和LiCF3SO3進(jìn)行摻雜，通過改變TiO2的含量調(diào)節(jié)PEO基聚合物電解質(zhì)的性能，最終改變LiFePO4/PEO/Li全固態(tài)電池的性能。TiO2可以明顯減少聚合物的結(jié)晶，從而減少界面電阻，提高電池性能。如圖1-4所示，隨著TiO2含量的升高，全固態(tài)電池的容量變化較小，但循環(huán)性能得到大大提升，當(dāng)TiO2含量為15wt%時(shí)，其循環(huán)性能相較于原始對照組提高了25%。圖1-4LiFePO4/PEO/Li全固態(tài)電池電化學(xué)性能測試圖無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)主要分為以下五種[30,34,35]：首先是Li3N型電解質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。該類型電解質(zhì)是最早被開發(fā)出來的無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)，目前已被發(fā)展為Li2S型電解質(zhì)。其優(yōu)點(diǎn)為離子電
本文編號：3122492
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