硫基固态电解质制备及其与异种材料间界面研究

发布时间：2020-04-17 14:48

【摘要】：全固态固体电解质电池由于其长寿命、高能量密度和高功率密度等特点,作为下一代储能设备而受到了广泛的关注,其中,具有高离子电导率,高锂离子迁移数,以及良好的机械性能的硫化物电解质,可以通过简单的混合及冷压方法制备。因而,在实际应用中,需要一种简单的硫化物电解质合成工艺和高效的全固态电池制造工艺。本文成功制备硫化物电解质Li_(10)GeP_2S_(12),并探究了不同热处理温度对电解质性能的影响,测试其室温下离子电导率、电化学窗口、热力学稳定性以及化学稳定性。研究确定在700℃下热处理的电解质,其离子电导率最好,室温下为4.92×10~(-3) S·cm~(-1)。通过直流极化测试,计算电解质电子电导数量级在10~(-8) S·cm~(-1),电解质在5 V以下保持稳定。本文使用磷酸锂对钴酸锂进行包覆,对于电池容量有一定的改善作用,所组装全固态电池的容量保持率较低,放电比容量最高为50·mAhg~(-1),电池的容量衰减速率较快。在硫化物电解质与锂金属负极之间,增加聚合物作为缓冲物质界面,在电极与电解质之间构成整体,可以较好地解决固态电池的界面问题。将硫化物与聚合物机械叠加,组装锂对称电池,电池循环稳定性好,极限电流密度增大为1.0 mA·cm~(-2),可以持续700 h的恒电流充放电循环,且极化电压稳定。将具有聚合物软界面的硫化物电解质与铌酸钛,锂金属电极组装全固态电池,在0.05 C的条件下首次比容量可以达到300 mAh g~(-1),无论是使用粉末烧结材料还是压片烧结材料,循环稳定性良好,说明作为界面层,聚合物能有效提升固态电池的循环稳定性,同时隔开LGPS电解质后,一定程度上阻碍了其与锂金属负极之间发生副反应,减少由此导致的不可逆容量损失。
【图文】：

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文体电解质，其锂离子电导率可以与传统液态电解质相接近，如图 1-1 所示 thio-LISICON 类的 Li10GeP2S12电解质可以达到 1.2 102S·cm1的离子电化学窗口提高到 5 V，Li6PS5X(X=Cl, Br, I)[18,19,20]电解质的离子电导率03S·cm1。此外，如 67(75Li2S-25P2S5)-33LiBH4[21]和 30Li2S-26B2S3-44LiI掺杂导电锂盐的电导率也可达到约 2 103S·cm1。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文·cm1，并且在室温下，与锂金属之间表现出较高的稳定性。此用了如无水乙腈（ACN）[36,37,38]（见图 1-2），，乙酸乙酯[39]、N-甲醇二甲醚（DME）[42]等成功制备了二元硫化物电解质(100-x)L化学法所制备的硫化物电解质存在的电导率较球磨法所制备的研究推测是由于样品中溶剂和残留非晶相的杂质会在晶粒间界，导致其导电性低。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM912

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