【摘要】：具有NASICON結(jié)構(gòu)的固態(tài)鋰離子導(dǎo)體Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3有著機(jī)械強(qiáng)度大、水熱穩(wěn)定性好、離子電導(dǎo)率高、原料易得的優(yōu)勢(shì),有望用于下一代具有高能量密度的儲(chǔ)能設(shè)備-全固態(tài)鋰離子電池中。本文通過(guò)多種平行試驗(yàn)和對(duì)比實(shí)驗(yàn),并通過(guò)多項(xiàng)技術(shù)表征系統(tǒng)地研究了固態(tài)鋰離子導(dǎo)體LATP的制備工藝與改性手段。首先,分別以固相法、溶膠凝膠法、溶液法和水熱合成法四種工藝合成了LATP鋰離子導(dǎo)體。通過(guò)致密度測(cè)試、XRD測(cè)試、交流阻抗和直流伏安測(cè)試研究了不同制備工藝對(duì)LATP鋰離子導(dǎo)體電化學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)水熱法合成的LATP電化學(xué)性能最好。其次,保持制備工藝不變,分別以NH_4H_2PO_4和H_3PO_4為P源制備LATP鋰離子導(dǎo)體。通過(guò)致密度測(cè)試、XRD測(cè)試、粒度分布測(cè)試、交流阻抗測(cè)試、離子活化能測(cè)試等分別研究了不同P源對(duì)LATP的前驅(qū)體溶液、水熱合成產(chǎn)物、前驅(qū)體粉末以及燒結(jié)片性能的影響。結(jié)果表明H_3PO_4更容易與其余原料發(fā)生反應(yīng),制備的LATP鋰離子導(dǎo)體性能更好,經(jīng)900℃燒結(jié)6小時(shí)的樣品具有最高的離子電導(dǎo)率為4.33×10~(-4) S/cm。隨后,首次將介孔SBA-15摻雜入LATP鋰離子導(dǎo)體中。通過(guò)固相法和溶膠凝膠法分別合成了摻有不同百分比的介孔SBA-15的LATP鋰離子導(dǎo)體。通過(guò)密度測(cè)試、XRD、SEM、TEM、交流阻抗等研究了不同摻雜量的SBA-15對(duì)LATP電化學(xué)性能的影響。兩種制備工藝的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明,適當(dāng)?shù)膿诫s量的SBA-15可以改善晶粒尺寸,提高總電導(dǎo)率并降低活化能,并且發(fā)現(xiàn)兩種方法的最佳摻雜量均為3wt%。其總離子電導(dǎo)率分別為2.83×10~(-4) S/cm和4.42×10~(-4) S/cm,是未摻雜的兩倍左右,總離子電導(dǎo)率的提高主要來(lái)源于晶界電導(dǎo)率的提高。最后以溶膠-凝膠法做了LATP鋰離子導(dǎo)體摻雜SiO_2的對(duì)比實(shí)驗(yàn)以深入分析介孔SBA-15對(duì)LATP的摻雜機(jī)理,結(jié)果表明SBA-15對(duì)LATP的摻雜使其電導(dǎo)率提高的主要原因是SBA-15規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)對(duì)晶粒的納米限定作用。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM912
【圖文】：

2 全固態(tài)鋰離子電池鋰離子電池從結(jié)構(gòu)上可以簡(jiǎn)單分為正極材料、負(fù)極材料和電解質(zhì)三個(gè)部材料全部采用固態(tài)材料設(shè)計(jì)的鋰電池為全固態(tài)鋰離子電池[6,7]。目前，鋰池常見(jiàn)的正極材料有鈷酸鋰（LiCoO2）、磷酸鐵鋰（LiFePO4）、三元鋰等材料的研究與技術(shù)已較為成熟；負(fù)極材料多使用可嵌入鋰離子的石墨，目鋰離子電池負(fù)極材料也在不斷開(kāi)發(fā)中，如硅負(fù)極材料，鋰金屬材料、鈦Li4Ti5O12）等負(fù)極材料[8-10]。鋰離子電池的工作原理如圖 1 所示，放電時(shí)氧化反應(yīng)，從陽(yáng)極通過(guò)電介質(zhì)轉(zhuǎn)移到陰極，存儲(chǔ)在陰極的多孔結(jié)構(gòu)中，充電電場(chǎng)的作用下，鋰離子從陰極又轉(zhuǎn)移到陽(yáng)極，在石墨層中被還原成鋰。正料決定著鋰離子電池的能量密度，但鋰離子電解質(zhì)的研發(fā)也是提升鋰離子能的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的鋰離子電池的電解質(zhì)為電解液，因過(guò)度充電、內(nèi)部異常時(shí)電解液會(huì)發(fā)熱，有自燃甚至爆炸的危險(xiǎn)。除了安全問(wèn)題以外，其工范圍較窄、很多情況下不適用，鋰離子遷移數(shù)較低，電解液容易與負(fù)極材反應(yīng)，影響電池性能[11]。

華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文機(jī)晶態(tài)電解質(zhì)質(zhì)在組成成分上可以分為氧化物電解質(zhì)（如鋰離子電解質(zhì)）和硫化物電解質(zhì)（如 Li2S-P2S于氧對(duì)鋰的束縛作用較弱，因此硫化物電解S/cm 以上）。然而硫化物電解質(zhì)在水和空氣不穩(wěn)定，在較大電流通過(guò)時(shí)仍有被鋰晶枝刺1-23]。因此，在安全性能，機(jī)械性能和制備工勢(shì)。以下介紹幾種主要的氧化物電解質(zhì)。

相的 LLZO 通常比四方相的鋰離子電導(dǎo)率要高出兩O 的晶體結(jié)構(gòu)[28,29]。立方結(jié)構(gòu)的 LLZO 實(shí)際上是一種鋰離子無(wú)序存在的O 是穩(wěn)定相，因此許多研究致力于將立方 LLZO 于穩(wěn)究表明 Al 對(duì) Li 的替代可以使立方 LLZO 在室溫下Cr3+也有類似的作用[30,31]。實(shí)際上此類物質(zhì)的摻雜一，促進(jìn)四方相向立方相的轉(zhuǎn)化，另一方面在 LLZO 陶有著類似燒結(jié)助劑的作用，使電解質(zhì)更加致密化。，可以降低鋰離子濃度，理論上也會(huì)增加更多的鋰 既是一種非常穩(wěn)定的元素，而且對(duì) Zr 的取代也不會(huì)和任耀宇[33]等分別用固相法制備出來(lái) Li6.75La3Zr1.75子電導(dǎo)率分別為 8.70×10-4S/cm 和 9.28×10-4S/cm。電導(dǎo)率高，而且對(duì) Li 金屬性質(zhì)穩(wěn)定，被認(rèn)為是制備前在組裝全固態(tài)鋰電池的研究中得到廣泛的應(yīng)用。然是，制備出具有高電導(dǎo)率的導(dǎo)體較為困難，對(duì)水分

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 劉君;盤(pán)毅;鄭春滿;;液相法制備鋰離子電池用鈦酸鋰負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2012年03期

2 莊全超;徐守冬;邱祥云;崔永麗;方亮;孫世剛;;鋰離子電池的電化學(xué)阻抗譜分析[J];化學(xué)進(jìn)展;2010年06期

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4 陳立泉,趙宗源,王剛,李子榮;分散的第二相粒子對(duì)LiCl電導(dǎo)率的影響[J];科學(xué)通報(bào);1981年02期

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