發(fā)布時間：2022-01-14 19:40

　　鋰離子電池是能量高效轉(zhuǎn)化與儲存的關(guān)鍵器件,其在便攜式電子器件、電動汽車等領(lǐng)域已經(jīng)具有成功的商業(yè)化應(yīng)用。但是,其未來的進(jìn)一步規(guī)�；l(fā)展仍然面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。一方面,傳統(tǒng)的鋰離子電池均以有機(jī)電解液作為電解質(zhì),存在漏液的風(fēng)險和易燃的特性,給鋰離子電池造成了安全隱患。另一方面,傳統(tǒng)鋰離子電池正極材料的理論比容量相對較低,且鋰資源成本較高,這對鋰離子電池的應(yīng)用是不利的。本論文針對上述問題,選取了高安全性能的全固態(tài)鋰離子電池和高理論比容量、低成本的鋰硫電池作為主要的研究方向。在這兩類電池關(guān)鍵材料的制備上,均采用了相轉(zhuǎn)化技術(shù),即通過溶劑與非溶劑間的相互擴(kuò)散,形成具有特殊微觀形貌的薄膜材料。在全固態(tài)電池中,利用相轉(zhuǎn)化法制備出了固體電解質(zhì)薄膜,其一體化的雙層（直通孔層與致密層）結(jié)構(gòu)增大了電解質(zhì)與復(fù)合電極的接觸面積,為全固態(tài)電池的構(gòu)造提供了新的思路。在鋰硫電池中,相轉(zhuǎn)化法充分發(fā)揮了其造孔優(yōu)勢,制備出了內(nèi)部相互連通的三維多孔電極,優(yōu)化了鋰硫電池的電化學(xué)性能。在第一章中,首先介紹了鋰離子電池的組成和其工作原理,其次對全固態(tài)鋰離子電池和鋰硫電池的研究情況分別進(jìn)行了概述。在全固態(tài)電池領(lǐng)域介紹了陶瓷類電解質(zhì)、聚合物... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：147 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

鏗離子電池工作原理圖

圖１．２鈣鈦礦型電解質(zhì)ＬＬＴＯ的晶體結(jié)構(gòu)??立方石榴石型電解質(zhì)因其較寬的電化學(xué)窗口和較高的離子電導(dǎo)率成為最具??潛力的固體電解質(zhì)材料之一，其晶體結(jié)構(gòu)如圖１．３所示。Ｔｈａｎｇａｄｕｒａｉ等首次報道??了石榴石結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)Ｌｉ５Ｌａ３Ｍ２０１２?（Ｎ＾Ｔａ＾?Ｎｂ），但該電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率較低??（－ｌＯ＾Ｓｃｍ—１）?［１９］。之后，Ｍｕｒｕｇａｎ等研宄了新型石權(quán)石相電解質(zhì)ＬｂＬａ＾Ｚｉ＾Ｏｕ??（ＬＬＺＯ），發(fā)現(xiàn)該材料在室溫下展現(xiàn)出高達(dá)３Ｘ１０＂４?Ｓ?ｃｍ“的總離子電導(dǎo)率［２０］，??因而受到人們的關(guān)注。ＬＬＺＯ有立方相（離子電導(dǎo)率：？Ｉｔ）＂１?Ｓ?ｃｍ—１）和四方相（離??子電導(dǎo)率：兩種結(jié)構(gòu)，并在高溫下會發(fā)生四方相向立方相的轉(zhuǎn)變，??由于立方相具有較好的性能，所以如何在室溫下穩(wěn)定立方石榴石相是一個值得注??意的問題。研宄者們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用Ａｌ３＋部分取代Ｌｉ＋時，可以在室溫下獲得穩(wěn)定的??立方相產(chǎn)物［２１］。此外，元素?fù)诫s是提高立方石榴石型ＬＬＺＯ電解質(zhì)離子電導(dǎo)率??的一個重要方法。首先是Ｚｒ位摻雜

圖１．３立方石榴石型電解質(zhì)ＬＬＺＯ的晶體結(jié)構(gòu)??Ｇｏｏｄｅｎｏｕｇｈ等在１９７６年報道了?ＮＡＳＩＣＯＮ型鈉離子導(dǎo)體??ＮａＨｘＺｎＰｓ－ｘＳｉｘＯｕＰＯ］，?ＮＡＳＩＣＯＮ晶體結(jié)構(gòu)如圖１．４所示，Ｍ０６八面體和Ｐ０４??四面體共頂點(diǎn)連接形成三維骨架結(jié)構(gòu)，鈉離子占據(jù)骨架中的空位［３１］。當(dāng)Ｎａ＋被??Ｌｉ＋取代時可以維持原有的晶體結(jié)構(gòu)形成ＮＡＳＩＣＯＮ型鋰離子導(dǎo)體，總體來說這??類電解質(zhì)的分子通式是?ＬｉＭ２（Ｐ０４）３?（Ｍ＝Ｇｅ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ）?［３２－３４］，其中?ＬｉＴｉ２（Ｐ０４）３??和ＬｉＧｅ２（Ｐ０４）３被廣泛研宄但它們的離子電導(dǎo)率較低［３５，３６］。為提高電解質(zhì)的離??子電導(dǎo)率，研宄者們嘗試用各種元素進(jìn)行Ｔｉ位摻雜，合成出了?Ｌｉ１＋ｘＭｘＴｉ２－ｘ（Ｐ０４）３??（Ｍ?＝?Ａ１，?Ｃｒ，Ｇａ，?Ｆｅ，Ｓｃ，Ｉｎ，?Ｌｕ，Ｙ，?Ｌａ）?—系列產(chǎn)物，其中?Ａ１?摻雜的電??解質(zhì)?ＵｍＡＩｃｕＴＭＰＯＡ?（ＬＡＴＰ）獲得了?ｌ．Ｃ＾ｘＨ＾Ｓｃｍ—１?的高離子電導(dǎo)率［３７－４０］。??但如前所述，這些含Ｔｉ４＋的電解質(zhì)都會在低電壓下被鋰還原，因而電化學(xué)窗口較??窄。相比于ＬＡＴＰ


本文編號：3589092