鋰硫電池?zé)o機(jī)固體電解質(zhì)的研究
發(fā)布時(shí)間：2021-11-05 01:56
與傳統(tǒng)有機(jī)液體電解質(zhì)組成的鋰硫電池相比,全固態(tài)鋰硫電池可避免多硫化物的溶解、抑制鋰枝晶生長(zhǎng)、安全性能高,因此受到人們的廣泛關(guān)注。然而,全固態(tài)鋰硫電池中由于固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率低于液體電解質(zhì),限制了其商業(yè)化發(fā)展。研究一種具有高離子電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)材料是目前主要的目標(biāo)。無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)中Li2S-P2S5玻璃陶瓷在室溫下其離子電導(dǎo)率較高,本文主要通過(guò)對(duì)Li2S-P2S5體系進(jìn)行摻雜,以進(jìn)一步提高其室溫離子電導(dǎo)率。本文采用機(jī)械球磨與低溫?zé)崽幚硐嘟Y(jié)合的方法制備了無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)75Li2S·25P2S5、99（0.75Li2S·0.25P2S5）·1LiPF6、98（0.75Li2S·0.25P2S5）·2LiPF6、97（0.75Li2...
【文章來(lái)源】：燕山大學(xué)河北省
【文章頁(yè)數(shù)】：53 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
（a）Li-S電池中氧化還原反應(yīng)的示意圖（b）恒流充放電曲線和每個(gè)階段的典型化學(xué)物質(zhì)事實(shí)上，在Li-S電池中，硫活性物質(zhì)的具體轉(zhuǎn)化過(guò)程更加復(fù)雜，這與聚硫離子
體型無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)包括鈣鈦礦型電解質(zhì)、石榴石型電解質(zhì)、鈉快SICON）電解質(zhì)、鋰快離子導(dǎo)體型（LISICON）電解質(zhì)、硫代-鋰快io-LISICON）電解質(zhì)、Li3N 型電解質(zhì)。子導(dǎo)電通道及固體電解質(zhì)中填隙離子或離子空位的濃度（導(dǎo)電載流無(wú)機(jī)晶態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率的主要因素。所以晶體型電解質(zhì)的離子間隙離子導(dǎo)電、空位導(dǎo)電和協(xié)同效應(yīng)導(dǎo)電。其中離子通過(guò)弗倫克爾（缺陷脫離原來(lái)的晶格位置躍遷到相鄰的間隙位置成為間隙離子，此離子導(dǎo)電機(jī)制。通過(guò)摻雜或者肖特基缺陷（如圖 1-2（b））在晶體平空位，此為空位導(dǎo)電。協(xié)同效應(yīng)導(dǎo)電在某些特定離子導(dǎo)體內(nèi)存在，中，鋰離子分別占據(jù)四面體和八面體的位置，由于共面連接，進(jìn)入和八面體位置上的鋰離子產(chǎn)生很強(qiáng)的靜電斥力，從而使八面體位置共面的四面體位置，而進(jìn)入這些位置的鋰離子又會(huì)與相鄰的鋰離子從而形成一種協(xié)同效應(yīng)，鋰離子就是通過(guò)這種協(xié)同效應(yīng)在晶體內(nèi)快速
（d）LISICON 型 （e）thio-LISICON 型 （f）Li3N 型圖 1-3 無(wú)機(jī)晶體型固體電解質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖1.3.2.2 非晶體型固體電解質(zhì)由于晶體電解質(zhì)材料有一些方面會(huì)不盡人意，所以人們開(kāi)始從其他材料中尋找，如非晶體型電解質(zhì)。非晶體電解質(zhì)又稱(chēng)為玻璃電解質(zhì)，與晶體電解質(zhì)相比，非晶體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率較高，界面電阻較小，粒子間的離子擴(kuò)散通道各向同性且連接較晶體電解質(zhì)容易。玻璃結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是長(zhǎng)程無(wú)序，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)雜亂無(wú)章，具有不同大小口徑的離子傳輸通道因?yàn)殇囯x子半徑較小，不會(huì)發(fā)生阻礙，所以非晶體電解質(zhì)的傳輸通道比晶體型電解質(zhì)更通暢[26]。玻璃電解質(zhì)根據(jù)元素可分為氧化物和硫化物。氧化物玻璃電解質(zhì)通常是由網(wǎng)絡(luò)改性化合物（Li2O）和網(wǎng)絡(luò)形成化合物（SiO2、B2O3、P2O5等）組成。在氧化物玻璃電解質(zhì)中各元素以共價(jià)鍵連接形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中只有鋰離子能夠自由移動(dòng)。此外電解質(zhì)中最小的離子傳導(dǎo)通道決定鋰離子的傳導(dǎo)速率，所以一般會(huì)通過(guò)增加網(wǎng)絡(luò)改性化合物的濃度或使用多種網(wǎng)絡(luò)形成
本文編號(hào)：3476837
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【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
（a）Li-S電池中氧化還原反應(yīng)的示意圖（b）恒流充放電曲線和每個(gè)階段的典型化學(xué)物質(zhì)事實(shí)上，在Li-S電池中，硫活性物質(zhì)的具體轉(zhuǎn)化過(guò)程更加復(fù)雜，這與聚硫離子
體型無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)包括鈣鈦礦型電解質(zhì)、石榴石型電解質(zhì)、鈉快SICON）電解質(zhì)、鋰快離子導(dǎo)體型（LISICON）電解質(zhì)、硫代-鋰快io-LISICON）電解質(zhì)、Li3N 型電解質(zhì)。子導(dǎo)電通道及固體電解質(zhì)中填隙離子或離子空位的濃度（導(dǎo)電載流無(wú)機(jī)晶態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率的主要因素。所以晶體型電解質(zhì)的離子間隙離子導(dǎo)電、空位導(dǎo)電和協(xié)同效應(yīng)導(dǎo)電。其中離子通過(guò)弗倫克爾（缺陷脫離原來(lái)的晶格位置躍遷到相鄰的間隙位置成為間隙離子，此離子導(dǎo)電機(jī)制。通過(guò)摻雜或者肖特基缺陷（如圖 1-2（b））在晶體平空位，此為空位導(dǎo)電。協(xié)同效應(yīng)導(dǎo)電在某些特定離子導(dǎo)體內(nèi)存在，中，鋰離子分別占據(jù)四面體和八面體的位置，由于共面連接，進(jìn)入和八面體位置上的鋰離子產(chǎn)生很強(qiáng)的靜電斥力，從而使八面體位置共面的四面體位置，而進(jìn)入這些位置的鋰離子又會(huì)與相鄰的鋰離子從而形成一種協(xié)同效應(yīng)，鋰離子就是通過(guò)這種協(xié)同效應(yīng)在晶體內(nèi)快速
（d）LISICON 型 （e）thio-LISICON 型 （f）Li3N 型圖 1-3 無(wú)機(jī)晶體型固體電解質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖1.3.2.2 非晶體型固體電解質(zhì)由于晶體電解質(zhì)材料有一些方面會(huì)不盡人意，所以人們開(kāi)始從其他材料中尋找，如非晶體型電解質(zhì)。非晶體電解質(zhì)又稱(chēng)為玻璃電解質(zhì)，與晶體電解質(zhì)相比，非晶體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率較高，界面電阻較小，粒子間的離子擴(kuò)散通道各向同性且連接較晶體電解質(zhì)容易。玻璃結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是長(zhǎng)程無(wú)序，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)雜亂無(wú)章，具有不同大小口徑的離子傳輸通道因?yàn)殇囯x子半徑較小，不會(huì)發(fā)生阻礙，所以非晶體電解質(zhì)的傳輸通道比晶體型電解質(zhì)更通暢[26]。玻璃電解質(zhì)根據(jù)元素可分為氧化物和硫化物。氧化物玻璃電解質(zhì)通常是由網(wǎng)絡(luò)改性化合物（Li2O）和網(wǎng)絡(luò)形成化合物（SiO2、B2O3、P2O5等）組成。在氧化物玻璃電解質(zhì)中各元素以共價(jià)鍵連接形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中只有鋰離子能夠自由移動(dòng)。此外電解質(zhì)中最小的離子傳導(dǎo)通道決定鋰離子的傳導(dǎo)速率，所以一般會(huì)通過(guò)增加網(wǎng)絡(luò)改性化合物的濃度或使用多種網(wǎng)絡(luò)形成
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