用于鋰離子電池的常規(guī)液體電解質(zhì)通常有不可逆的分解和安全問題,固態(tài)電解質(zhì)被認為是改進鋰離子電池能量密度和安全性的關(guān)鍵。將聚合物電解質(zhì)和無機固體電解質(zhì)結(jié)合被認為是一種獲得高性能固體復合電解質(zhì)的可行策略。有機-無機復合電解質(zhì)通常由聚合物基體、無機惰性陶瓷填料或陶瓷快離子導體組成,它們可以結(jié)合聚合物和無機電解質(zhì)的優(yōu)點,具有出色的機械性能、高離子電導率和良好的界面穩(wěn)定性。本文選用了具有NASICON結(jié)構(gòu)的無機固體電解質(zhì)Li_1+xAl_xTi_2-x（PO₄）₃為研究對象,以溶膠凝膠法成功的合成了Li_1+xAl_xTi_2-x（PO₄）₃,并將其摻入到PVDF/PMMA和PVDF/TPU聚合物基體中,成功制備了復合電解質(zhì),并且對其進行相關(guān)測試,選出了最佳的合成條件。結(jié)果如下:1. 采用一種溶膠凝膠法合成了無機固體電解質(zhì)Li_1+xAl_xTi

【文章來源】：湘潭大學湖南省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池工作原理示意圖

基于無機快離子導體LATP的復合電解質(zhì)的制備及性能研究5阻增大。(3)需要一定的裝置保護電路，避免過充過放。圖1.2圓柱型、方型和紐扣型鋰離子電池結(jié)構(gòu)組成示意圖1.2.4當前鋰離子電池面臨的挑戰(zhàn)隨著電動汽車運輸和可再生能源儲存市場的發(fā)展，人們對鋰離子電池儲能容量和重量能量密度的要求不斷提高。然而，在現(xiàn)階段，正極材料的容量很難提高。因此，科學家們正試圖尋找新的高電壓正極材料來提高能量密度。在負極材料方面，盡管硅和錫由于其高容量被認為是很有前途的負極材料，但它們的體積膨脹(300%)會導致電極結(jié)構(gòu)坍塌和容量快速衰減。電解液中鋰鹽的陽離子和陰離子都能攜帶電流，但Li+的存在更加的重要，而Li+在普通電解液中的比例僅為0.2~0.4左右。另外，電解液的可工作溫度范圍很窄，商業(yè)化的LIBs只能在-20~50℃范圍內(nèi)提供額定容量和功率。安全性能方面，電解液在電池短路時容易著火爆炸。此外，成本、放電/充電率和循環(huán)壽命也是阻礙LIBs發(fā)展的問題。1.3鋰離子電池固體電解質(zhì)概述近200年來，液態(tài)電解質(zhì)一直是科學家對電解質(zhì)系統(tǒng)研究的重心[23]。這要得益于它眾多的優(yōu)勢，如導電性優(yōu)異以及界面潤濕性好等。然而，穩(wěn)定性和安全性能差

基于無機快離子導體LATP的復合電解質(zhì)的制備及性能研究7圖1.3固態(tài)電解質(zhì)電池的關(guān)鍵發(fā)展歷史[28]1.3.1無機固體電解質(zhì)無機固體電解質(zhì)種類繁多，現(xiàn)在正在開發(fā)實際應(yīng)用的主要有硫化物型電解質(zhì)、鈣鈦礦型電解質(zhì)、NASICON型電解質(zhì)、石榴石型電解質(zhì)等。Li3xLa2/3-xTiO3是具有代表性的鈣鈦礦型電解質(zhì)，其在室溫下的鋰離子電導率超過10-3Scm-1。雖然這種材料吸引了科學家們極大興趣，但是該材料與金屬Li負極接觸時，Ti4+會被還原而減少，所以該電解質(zhì)材料被認為是不適合應(yīng)用在鋰電池上的。NASICON型化合物最早于20世紀60年代左右被研究，1976年在Na1+xZr2SixP3-xO12被開發(fā)后，NASICON這一名詞隨之誕生[53]。這些材料通常以AM2(PO4)3為公式，其中A位由Li、Na或K占據(jù)。M位通常由Ge、Zr或Ti占據(jù)[59]�？茖W家們對LiTi2(PO4)3體系進行了更深次的研究。LiZr2(PO4)3自身的離子導電率很低，但我們可以通過Hf或Sn的取代來提高其離子電導率[60-61]。Al取代的Li1+xMxTi2-x(PO4)3型電解質(zhì)的離子導電率被認為是最高的[62-64]。此外，Li1+xAlxGe2-x(PO4)3體系也吸引著科學家的目光，這是因為它電化學窗口很高[65-66]。石榴石型電解質(zhì)的通式一般為A3B2Si3O12，A陽離子是八倍配位，B陽離子是六倍配位�？茖W家們開始對石榴石型材料進行探索源自于1969年，他們首次發(fā)現(xiàn)了Li3M2Ln3O12(M=W、Te)這一材料，之后Li5La3M2O12(M=Nb或者Ta)、立方系的Li7La3Zr2O12等材料也陸續(xù)被開發(fā)出來[67-69]。另外值得一提的是，Li6.5La3Zr1.75Te0.25O12能夠在室溫下表現(xiàn)出很高的電導率1.02×10-3Scm-1[70]。Li2S-SiS2型電解質(zhì)開始吸引科學家的目光要追?

【參考文獻】：
博士論文
[1]固態(tài)鋰電池復合型聚合物電解質(zhì)研究[D]. 陳龍.北京科技大學 2019

碩士論文
[1]PVDF和PVDF/PMMA電解質(zhì)膜的制備及改性研究[D]. 陳愛雨.沈陽理工大學 2015
[2]新型高性能電紡TPU/PVDF凝膠聚合物電解質(zhì)制備與研究[D]. 吳娜.湘潭大學 2012
[3]鋰離子電池用PVDF/PMMA電紡膜的制備及電化學性能研究[D]. 李曉云.湘潭大學 2011



本文編號：3479402