基于LATP复合固态电解质的制备及其电化学性能研究
发布时间：2021-09-05 09:26
随着数码类产品以及新能源汽车行业的蓬勃发展,人们对锂二次电池的要求逐渐提高。具有高安全性、高能量密度的固态锂电池受到了极大关注。作为固态锂电池的核心,锂离子传导率高、界面阻抗低并且稳定性好的固态电解质的设计和开发成为研究的热点。本论文基于NASICON型固态电解质Li1.3Al0.3Ti1.7（PO4）3（LATP）,首先探究了不同因素对其锂离子传导率的影响,并初步进行了界面改性。以界面相容性好的聚环氧乙烷（PEO）为聚合物基体,以预制的LATP为无机填料,制备出正极支撑的复合固态电解质膜并研究其电化学性能。具体研究内容如下:（1）从LATP粉末的制备工艺入手,采用易于规模化的固相球磨法制备调控LATP粉末,详细研究了二次球磨工艺、锂盐掺杂量、烧结温度及时间对LATP陶瓷片锂离子传导率的影响。结果表明,二次球磨工艺有利于进一步减小LATP颗粒的粒径尺寸并提升均匀度,显著提升了 LATP锂离子传导率。当锂盐过量20%时得到的陶瓷片无杂质相并具有最高的锂离子传导率。在850℃、2 h的烧结条件下得到的LATP陶瓷片晶界清晰、孔隙较少、无杂相,锂离子传导率达到了 2.91×10-4S/cm。...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１锂离子电池工作原理图??
较高的铝塑复合膜，电池内部出现安全隐患时不会引发剧烈的燃烧、爆炸现象，??具有能量密度高、易定制、安全性好等优点［２５］。纽扣电池结构简单，一般被科??研机构用来研究前沿的电极材料、电解液材料等方面［２６］。虽然这几种电池形态??各异并且各自具有不同的优缺点，但是工作原理都大致相同，都由正负极活性材??料、电解液、隔膜、正负极集流体等组成。??ＣｙｔｉｆＫｌｒｉｃａｌ?Ｃｅｔｌ?Ｐｒｉｓｍａｔｉｃ?Ｃｅｌ?Ｐｏｕｃｈ?Ｃｅｌｌ??气?＿?眞１１广?￣?＼??Ｚ?零ｃ？Ｌ＊??图１＿２圆柱、方形、软包锂离子电池结构示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ，?ｐｒｉｓｍａｔｉｃ，?ｐｏｕｃｈ?ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ??目前锂离子电池使用的正极材料主要有：ＬｉＦｅＰ〇４、ＬｉＣｏ０２、ＬｉＭｎ２〇４、ＮＣＭ、??ＮＣＡ等材料［２７，２＼集流体为铝箔。负极材料主要是石墨材料，其次硅碳复合材??料也占据了一定的份额并在逐步提高［５，７，１９１，集流体为铜箔。电解液多为有机溶??剂＋锂盐＋添加剂的配置。隔膜多使用聚乙烯（ＰＥ）、聚丙烯（ＰＰ）等聚烯烃材料??岡。??１．２．３锂离子电池的优缺点??锂离子电池自从商业化以来己经快速发展了二十多年，技术己经逐渐成熟，??在二次电池市场占据着相当高的份额。其主要的优点有［３Ｇ＿３２：＞：??（１）电压高。基本上都大于３．２?Ｖ，经过适当的并联集成后可以形成更高的??电压。??（２）能量密度高。单体己经接近３００?Ｗｈ／ｋｇ，组装成电池组后接近２００?Ｗｈ／ｋｇ。??４??
?第一章绪论???（３）循环寿命长。普遍能够循环５００次以上，减少了更换电池的成本。??（４）自放电校电池闲置时可以避免频繁的补充电量。??（５）可以快速充放电。普遍能够实现１?Ｃ充放电，最新的智能手机己经实??现１小时充满电量，新能源汽车企业特斯拉可以实现４小时快速充满整车电池组。??（６）环境友好。电池材料中不含铅、汞等会严重损害人体机能的金属，并??且很多企业布局锂电池回收业务，使锂电池在全寿命周期内对环境的影响降到最??低。??纵然锂离子电池具有很多其他二次电池难以比拟的优点，但是其缺点也比较??明显謂：??（１）存在安全隐患。当过充电或者内部突然短路时会发生漏液、燃烧、爆??炸等现象，从而严重危及人身安全。??（２）能量密度仍然不够高。虽然锂离子电池己经将单体能量密度提升至接??近３００?Ｗｈ／ｋｇ的水平，但是近年来能量密度提升极其缓慢，离国家在２０２５年、??２０３０年分别达到４００?Ｗｈ／ｋｇ和５００?Ｗｈ／ｋｇ的目标仍然相距甚远。虽然高镍正极??材料、硅碳负极材料正在努力进步，其他组分的质量或者含量得到了进一步的优??化，但是目前主流的看法是完成２０３０目标难度较大。??图１－３特斯拉燃烧事件??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｅｓｌａ?ｂｕｒｎｉｎｇ?ｉｎｃｉｄｅｎｔ??１．３固态锂电池概述??目前商业化的锂离子电池电解液普遍采用有机溶剂＋锂盐＋添加剂的配置，??其中的有机溶剂便是锂离子电池安全问题的元凶。当电池由于短路瞬间释放大量??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国锂离子电池产业发展现状及市场发展趋势[J]. 刘彦龙. 电源技术. 2019(02)
[2]纯电动车用锂离子电池发展现状与研究进展[J]. 安富强,赵洪量,程志,邱继一承,周伟男,李平. 工程科学学报. 2019(01)
[3]全固态聚合物锂电池的科研进展、挑战与展望[J]. 张建军,董甜甜,杨金凤,张敏,崔光磊. 储能科学与技术. 2018(05)
[4]PEO基聚合物电解质在锂离子电池中的研究进展[J]. 孙宗杰,丁书江. 科学通报. 2018(22)
[5]锂离子动力电池技术现状及发展趋势[J]. 刘焱,胡清平,陶芝勇,李新海,黄泽伟,曾坚义. 中国高新科技. 2018(07)
[6]中国锂产业概况[J]. 李冰心,张振花. 中国有色金属. 2018(02)
本文编号：3385091
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１锂离子电池工作原理图??
较高的铝塑复合膜，电池内部出现安全隐患时不会引发剧烈的燃烧、爆炸现象，??具有能量密度高、易定制、安全性好等优点［２５］。纽扣电池结构简单，一般被科??研机构用来研究前沿的电极材料、电解液材料等方面［２６］。虽然这几种电池形态??各异并且各自具有不同的优缺点，但是工作原理都大致相同，都由正负极活性材??料、电解液、隔膜、正负极集流体等组成。??ＣｙｔｉｆＫｌｒｉｃａｌ?Ｃｅｔｌ?Ｐｒｉｓｍａｔｉｃ?Ｃｅｌ?Ｐｏｕｃｈ?Ｃｅｌｌ??气?＿?眞１１广?￣?＼??Ｚ?零ｃ？Ｌ＊??图１＿２圆柱、方形、软包锂离子电池结构示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ，?ｐｒｉｓｍａｔｉｃ，?ｐｏｕｃｈ?ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ??目前锂离子电池使用的正极材料主要有：ＬｉＦｅＰ〇４、ＬｉＣｏ０２、ＬｉＭｎ２〇４、ＮＣＭ、??ＮＣＡ等材料［２７，２＼集流体为铝箔。负极材料主要是石墨材料，其次硅碳复合材??料也占据了一定的份额并在逐步提高［５，７，１９１，集流体为铜箔。电解液多为有机溶??剂＋锂盐＋添加剂的配置。隔膜多使用聚乙烯（ＰＥ）、聚丙烯（ＰＰ）等聚烯烃材料??岡。??１．２．３锂离子电池的优缺点??锂离子电池自从商业化以来己经快速发展了二十多年，技术己经逐渐成熟，??在二次电池市场占据着相当高的份额。其主要的优点有［３Ｇ＿３２：＞：??（１）电压高。基本上都大于３．２?Ｖ，经过适当的并联集成后可以形成更高的??电压。??（２）能量密度高。单体己经接近３００?Ｗｈ／ｋｇ，组装成电池组后接近２００?Ｗｈ／ｋｇ。??４??
?第一章绪论???（３）循环寿命长。普遍能够循环５００次以上，减少了更换电池的成本。??（４）自放电校电池闲置时可以避免频繁的补充电量。??（５）可以快速充放电。普遍能够实现１?Ｃ充放电，最新的智能手机己经实??现１小时充满电量，新能源汽车企业特斯拉可以实现４小时快速充满整车电池组。??（６）环境友好。电池材料中不含铅、汞等会严重损害人体机能的金属，并??且很多企业布局锂电池回收业务，使锂电池在全寿命周期内对环境的影响降到最??低。??纵然锂离子电池具有很多其他二次电池难以比拟的优点，但是其缺点也比较??明显謂：??（１）存在安全隐患。当过充电或者内部突然短路时会发生漏液、燃烧、爆??炸等现象，从而严重危及人身安全。??（２）能量密度仍然不够高。虽然锂离子电池己经将单体能量密度提升至接??近３００?Ｗｈ／ｋｇ的水平，但是近年来能量密度提升极其缓慢，离国家在２０２５年、??２０３０年分别达到４００?Ｗｈ／ｋｇ和５００?Ｗｈ／ｋｇ的目标仍然相距甚远。虽然高镍正极??材料、硅碳负极材料正在努力进步，其他组分的质量或者含量得到了进一步的优??化，但是目前主流的看法是完成２０３０目标难度较大。??图１－３特斯拉燃烧事件??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｅｓｌａ?ｂｕｒｎｉｎｇ?ｉｎｃｉｄｅｎｔ??１．３固态锂电池概述??目前商业化的锂离子电池电解液普遍采用有机溶剂＋锂盐＋添加剂的配置，??其中的有机溶剂便是锂离子电池安全问题的元凶。当电池由于短路瞬间释放大量??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国锂离子电池产业发展现状及市场发展趋势[J]. 刘彦龙. 电源技术. 2019(02)
[2]纯电动车用锂离子电池发展现状与研究进展[J]. 安富强,赵洪量,程志,邱继一承,周伟男,李平. 工程科学学报. 2019(01)
[3]全固态聚合物锂电池的科研进展、挑战与展望[J]. 张建军,董甜甜,杨金凤,张敏,崔光磊. 储能科学与技术. 2018(05)
[4]PEO基聚合物电解质在锂离子电池中的研究进展[J]. 孙宗杰,丁书江. 科学通报. 2018(22)
[5]锂离子动力电池技术现状及发展趋势[J]. 刘焱,胡清平,陶芝勇,李新海,黄泽伟,曾坚义. 中国高新科技. 2018(07)
[6]中国锂产业概况[J]. 李冰心,张振花. 中国有色金属. 2018(02)
本文编号：3385091
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