發(fā)布時(shí)間：2019-07-25 19:18

【摘要】：傳統(tǒng)鋰二次電池包含有機(jī)電解液，在非常規(guī)環(huán)境下可能產(chǎn)生漏液、易燃、易爆等安全隱患。相比較而言，全固態(tài)鋰電池中不含有任何液態(tài)電解質(zhì)，這對(duì)解決傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池存在的安全問(wèn)題具有重要意義。此外，全固態(tài)鋰電池還具有高比能量、長(zhǎng)循環(huán)壽命、自放電低，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)展全固態(tài)鋰電池技術(shù)的關(guān)鍵在于研制出高性能的固體電解質(zhì)材料，一般來(lái)說(shuō)，這種固體電解質(zhì)要求具有高的離子電導(dǎo)率和可忽略的電子電導(dǎo)率、寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口、良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性以及良好的與電極匹配的兼容性。近年來(lái)，人們?cè)诠腆w電解質(zhì)方面做了大量的研究工作，但結(jié)果發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的固體電解質(zhì)對(duì)高離子電導(dǎo)率和寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口的性能很難兼得，這極大地限制了它們?cè)陔姵刂械膶?shí)際應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)出新型高性能的固體電解質(zhì)材料體系是目前固態(tài)鋰電池研究的一個(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)課題。本論文開(kāi)發(fā)制備了氮氧化物和硫氧化物兩種新型無(wú)機(jī)固體鋰離子傳導(dǎo)化合物，研究了它們的結(jié)構(gòu)、組成及其它物化特性，探索了鋰離子傳導(dǎo)特性及其本體結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能之間的相互聯(lián)系。研究新材料，探索新機(jī)制，開(kāi)發(fā)新體系，拓展固體電解質(zhì)的發(fā)展方向，，從而為進(jìn)一步發(fā)展全固態(tài)鋰電池奠定技術(shù)基礎(chǔ)。本論文圍繞開(kāi)發(fā)新型全固態(tài)鋰離子傳導(dǎo)電解質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究工作，主要取得了以下階段性成果和進(jìn)展： (1)采用反應(yīng)磁控濺射技術(shù)制備出新型Li B P O N薄膜電解質(zhì)。以無(wú)定型結(jié)構(gòu)的Li B P O化合物為靶材，通過(guò)射頻磁控濺射法在高純氮?dú)庵兄苽淞诵滦蚅i B P O N薄膜，通過(guò)改變沉積溫度制備出一系列的薄膜，研究發(fā)現(xiàn)氮參雜取代了部分氧原子，降低了反應(yīng)活化能，形成了更豐富的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了鋰離子的傳導(dǎo)；高溫沉積提高了薄膜的結(jié)晶度，形成了玻璃-陶瓷的混合結(jié)構(gòu)，同樣有利于鋰離子的傳導(dǎo)。該類(lèi)薄膜電解質(zhì)具有較高的室溫離子電導(dǎo)率(3.5×10-6S/cm)和良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，在空氣中很穩(wěn)定，可作為全固態(tài)薄膜鋰電池用新一代電解質(zhì)材料。 (2)采用固相反應(yīng)制備出新型Li Ti P S O系晶態(tài)電解質(zhì)。將反應(yīng)混合物通過(guò)冷壓技術(shù)壓制成薄片，在顆粒間隙存在微量空氣的條件下進(jìn)行固相反應(yīng)得到終產(chǎn)物。譜學(xué)分析結(jié)果表明Li Ti P S O系晶態(tài)電解質(zhì)具有硫氧混合的微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種交聯(lián)程度更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)能夠阻止硫元素與空氣中的氧氣、水分發(fā)生反應(yīng)，從而提高固體電解質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性。Li Ti P S O系晶態(tài)電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率約為10-7～10-8S/cm，與空氣接觸后其電化學(xué)性能變化不大，具有用作鋰離子電池電解質(zhì)的潛力。但是當(dāng)樣品中的鈦元素含量過(guò)大時(shí)，體系的導(dǎo)電方式以電子導(dǎo)電為主，此時(shí)樣品更適合用作電極材料。 (3)采用機(jī)械球磨法制備出新型Li Ti P S O系玻璃態(tài)電解質(zhì)。在球磨過(guò)程中反應(yīng)混合物與微量的氧氣反應(yīng)形成了硫氧混合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。玻璃態(tài)Li Ti P S O固體電解質(zhì)因具有無(wú)定形結(jié)構(gòu)而使導(dǎo)電性各向同性，其內(nèi)部高度無(wú)序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更適合鋰離子的遷移；另外，電解質(zhì)顆粒在微觀形貌上具有一定的完整性，這使得玻璃態(tài)電解質(zhì)具有比晶體型電解質(zhì)材料更高的室溫離子電導(dǎo)率(9.8×10-6S/cm)，能夠用于鋰離子電池。 (4)采用機(jī)械球磨-固相反應(yīng)兩步法制備出新型Li Ti P S O系玻璃-陶瓷電解質(zhì)。分析表明兩步法制備的Li Ti P S O系電解質(zhì)具有玻璃-陶瓷的混合結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使其具有該體系中目前已知最高的室溫離子電導(dǎo)率(4.16×10-5S/cm)，高于玻璃態(tài)電解質(zhì)一個(gè)數(shù)量級(jí)，高于晶體型電解質(zhì)二至三個(gè)數(shù)量級(jí)。本工作成功實(shí)現(xiàn)了第四副族元素對(duì)硫化物電解質(zhì)的摻雜以及硫氧復(fù)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，進(jìn)一步拓展了無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)新體系，在鋰離子電池?zé)o機(jī)固體電解質(zhì)領(lǐng)域具有一定的有發(fā)展?jié)摿Α?br>【圖文】：

清潔能源示意圖：太陽(yáng)能及其應(yīng)用

清潔能源示意圖：風(fēng)能及其應(yīng)用
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM912

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王金艷,王永鈐,李立本;釔穩(wěn)定的二氧化鋯(YSZ)的結(jié)構(gòu)及離子導(dǎo)電性[J];寶雞文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年02期

2 顧正建;郭曉旺;王定友;任岳;;薄膜鋰離子電池多層膜非晶無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的建立與性能分析[J];重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年09期

3 曹乾濤;吳孟強(qiáng);張樹(shù)人;;全固態(tài)薄膜鋰離子電池正極材料研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2008年03期

4 韓立國(guó);盧安賢;李秀英;;鋰離子玻璃及微晶玻璃固體電解質(zhì)的發(fā)展及應(yīng)用[J];材料導(dǎo)報(bào);2009年07期

5 黃峰,周運(yùn)鴻;鋰離子電池電解質(zhì)現(xiàn)狀與發(fā)展[J];電池;2001年06期

6 王海飛;范志新;彭會(huì)芬;;玻璃態(tài)鋰離子電解質(zhì)研究中的物理問(wèn)題[J];電池工業(yè);2006年06期

7 吳鋒;劉亞棟;陳人杰;陳實(shí);;LiBPON薄膜電解質(zhì)的制備及電化學(xué)性能研究[J];電化學(xué);2009年01期

8 鄭洪河;曲群婷;劉云偉;徐仲榆;;無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)用于鋰及鋰離子電池研究進(jìn)展——Ⅰ鋰陶瓷電解質(zhì)[J];電源技術(shù);2007年05期

9 程玉龍;盤(pán)毅;李德湛;;全固態(tài)薄膜鋰蓄電池研究進(jìn)展[J];電源技術(shù);2007年08期

10 鄭洪河;曲群婷;石靜;徐仲榆;;無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)用于鋰及鋰離子蓄電池的研究進(jìn)展Ⅱ玻璃態(tài)鋰無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)[J];電源技術(shù);2007年12期

本文編號(hào)：2519298