LAGP微波辅助烧结与B族元素掺杂工艺机理及其实验研究
发布时间：2020-12-27 14:08
全固态电池是指电极和电解质等组成部分均为固态的电池,能量密度高、安全性能好、循环寿命长,是电动汽车理想的电能存储装置。固态电解质因为离子电导率较低以及电极与电解质之间的界面性能不理想,限制了全固态锂离子电池的商业化发展与应用,是全固态锂离子电池亟需解决的两大问题。锂离子固态电解质可分为三大类:聚合物、硫化物和氧化物。聚合物的电化学势窗较窄、室温电导率低、依然存在一定的可燃风险;硫化物制备与使用环境苛刻（对空气敏感、容易氧化、遇水容易产生硫化氢等有毒气体）、对金属锂与氧化物正极均不稳定;氧化物固态电解质的电化学势窗较宽、在空气中稳定、可用于高电位正极体系、部分电解质对金属锂稳定,有比较好的应用前景。在氧化物固态电解质中,NASICON型固态电解质Li1.5Al0.5Ge1.5（PO4）3（LAGP）具有较高的离子电导率、稳定性和较宽的电化学势窗,与金属锂有较好的化学和电化学稳定性,但其离子电导率与实用水平仍有一定的差距。本文基于LAGP的制备工艺优化和B族元素掺杂改善LAGP的电...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微波烧结与传统烧结对比图
如图2.1所示,将碳酸锂LiCO3,氧化铝Al2O3,二氧化锗GeO2和磷酸二氢铵(NH4)H2PO4按照摩尔比例Li：Al：Ge：P = 1.5：0.5：1.5：3称量准备,另外加入10％过量的Li以补偿熔化过程中Li的损失；然后将称量好的粉末倒入200ml玛瑙球磨罐中,并在其中放置一定数量和比例的玛瑙球,以200r/min球磨2h混合粉末；将球磨过的粉末在玛瑙研钵中研磨后倒入氧化铝坩埚中,并将其放入低温马弗炉中加热至380℃保温6h用于分解粉末中的氨；将分解所得粉末在玛瑙研钵中研磨10min后倒入铂金坩埚放置在高温马弗炉中加热至1380℃保温2h使粉末融化；然后将液态的LAGP前驱体在1380℃时迅速用坩埚钳取出并倒入直径12mm的已经在锡炉提前预热至500℃的圆柱模具,之后迅速将模具放入提前达到500℃的低温马弗炉中,保温一小时,而后随炉冷却至室温,得到未结晶的LAGP玻璃柱。使用金刚石线切割将玻璃柱切割成厚度为200μm的LAGP玻璃圆片。（如图3.2）将玻璃片放在石英片上在用微波管式炉加热至900℃结晶30min得到LAGP固态电解质。本章将对微波结晶温度和结晶时间等影响因素进行逐步优化,得到最佳产物。2.2.2 电池组装和性能测试
将聚丙烯酸(PAA)溶于去离子水,用磁力搅拌机搅拌12h,得到质量分数为2%的PAA溶液。然后将LiOH按摩尔比1:1加入PAA溶液中,再搅拌12h,得到PAALi溶液。然后将获得的PAALi溶液以及商业用的碳纳米管（CNT）分别与正极材料LiNi0.5Mn1.5O4和负极材料氧化钌（RuO2）按照8：2：90[72]的质量用球磨罐以200r/min的转速混合2小时。混合后的电极浆料具有一定的粘性,所以将其从球磨罐中取出时立刻涂布在已经干燥并且称量过的固态电解质表面。在正负电极涂覆过程中,必须保证涂覆均匀致密。组装好的全固态电池在80℃干燥箱内放置12h。将干燥后的全固态电池用等离子溅射仪在两侧电极上溅射金作为集电极,为后续的电化学测试做准备。在金的溅射过程中,电池的边缘用透明胶带覆盖,溅射后进行抛光,以避免阳极和阴极之间的短路。将铝箔和铜箔分别粘贴在正负极表面作为电流收集器,并连接到测试电极上。其流程图如图2.2所示。最后组装的全固态锂离子电池的示意图和实物图如图2.3所示。为了避免在电化学测量过程中吸收空气中的水分,在全电池的两侧包裹了塑料膜。图2.3全固态锂离子电池的示意图和实物图
【参考文献】：
期刊论文
[1]离子掺杂对Nasicon型化合物电化学性能的影响[J]. 华正伸,冯晓晶,王晓然,彭会芬. 硅酸盐学报. 2017(06)
[2]应用于锂离子电池的无机晶态固体电解质导电性能研究进展[J]. 李杨,连芳,周国治. 硅酸盐学报. 2013(07)
[3]微波烧结原理与研究现状[J]. 范景莲,黄伯云,刘军,吴恩熙. 粉末冶金工业. 2004(01)
[4]锂及锂离子蓄电池聚合物电解质研究进展[J]. 付延鲍,马晓华,杨清河,金忠■,宗祥福. 电源技术. 2002(01)
[5]微波加热在化学反应中的应用进展[J]. 杨伯伦,贺拥军. 现代化工. 2001(04)
硕士论文
[1]尖晶石型锰酸锂正极材料的共沉淀-微波烧成法制备及性能研究[D]. 刘霄昱.华南理工大学 2019
[2]无机固态硫化物电解质的制备及性能研究[D]. 费益.电子科技大学 2018
[3]透气钢的制备及性能分析[D]. 吴树海.华侨大学 2016
[4]微波辅助燃烧合成NiO粉工艺研究[D]. 吴来红.兰州理工大学 2008
本文编号：2941877
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微波烧结与传统烧结对比图
如图2.1所示,将碳酸锂LiCO3,氧化铝Al2O3,二氧化锗GeO2和磷酸二氢铵(NH4)H2PO4按照摩尔比例Li：Al：Ge：P = 1.5：0.5：1.5：3称量准备,另外加入10％过量的Li以补偿熔化过程中Li的损失；然后将称量好的粉末倒入200ml玛瑙球磨罐中,并在其中放置一定数量和比例的玛瑙球,以200r/min球磨2h混合粉末；将球磨过的粉末在玛瑙研钵中研磨后倒入氧化铝坩埚中,并将其放入低温马弗炉中加热至380℃保温6h用于分解粉末中的氨；将分解所得粉末在玛瑙研钵中研磨10min后倒入铂金坩埚放置在高温马弗炉中加热至1380℃保温2h使粉末融化；然后将液态的LAGP前驱体在1380℃时迅速用坩埚钳取出并倒入直径12mm的已经在锡炉提前预热至500℃的圆柱模具,之后迅速将模具放入提前达到500℃的低温马弗炉中,保温一小时,而后随炉冷却至室温,得到未结晶的LAGP玻璃柱。使用金刚石线切割将玻璃柱切割成厚度为200μm的LAGP玻璃圆片。（如图3.2）将玻璃片放在石英片上在用微波管式炉加热至900℃结晶30min得到LAGP固态电解质。本章将对微波结晶温度和结晶时间等影响因素进行逐步优化,得到最佳产物。2.2.2 电池组装和性能测试
将聚丙烯酸(PAA)溶于去离子水,用磁力搅拌机搅拌12h,得到质量分数为2%的PAA溶液。然后将LiOH按摩尔比1:1加入PAA溶液中,再搅拌12h,得到PAALi溶液。然后将获得的PAALi溶液以及商业用的碳纳米管（CNT）分别与正极材料LiNi0.5Mn1.5O4和负极材料氧化钌（RuO2）按照8：2：90[72]的质量用球磨罐以200r/min的转速混合2小时。混合后的电极浆料具有一定的粘性,所以将其从球磨罐中取出时立刻涂布在已经干燥并且称量过的固态电解质表面。在正负电极涂覆过程中,必须保证涂覆均匀致密。组装好的全固态电池在80℃干燥箱内放置12h。将干燥后的全固态电池用等离子溅射仪在两侧电极上溅射金作为集电极,为后续的电化学测试做准备。在金的溅射过程中,电池的边缘用透明胶带覆盖,溅射后进行抛光,以避免阳极和阴极之间的短路。将铝箔和铜箔分别粘贴在正负极表面作为电流收集器,并连接到测试电极上。其流程图如图2.2所示。最后组装的全固态锂离子电池的示意图和实物图如图2.3所示。为了避免在电化学测量过程中吸收空气中的水分,在全电池的两侧包裹了塑料膜。图2.3全固态锂离子电池的示意图和实物图
【参考文献】：
期刊论文
[1]离子掺杂对Nasicon型化合物电化学性能的影响[J]. 华正伸,冯晓晶,王晓然,彭会芬. 硅酸盐学报. 2017(06)
[2]应用于锂离子电池的无机晶态固体电解质导电性能研究进展[J]. 李杨,连芳,周国治. 硅酸盐学报. 2013(07)
[3]微波烧结原理与研究现状[J]. 范景莲,黄伯云,刘军,吴恩熙. 粉末冶金工业. 2004(01)
[4]锂及锂离子蓄电池聚合物电解质研究进展[J]. 付延鲍,马晓华,杨清河,金忠■,宗祥福. 电源技术. 2002(01)
[5]微波加热在化学反应中的应用进展[J]. 杨伯伦,贺拥军. 现代化工. 2001(04)
硕士论文
[1]尖晶石型锰酸锂正极材料的共沉淀-微波烧成法制备及性能研究[D]. 刘霄昱.华南理工大学 2019
[2]无机固态硫化物电解质的制备及性能研究[D]. 费益.电子科技大学 2018
[3]透气钢的制备及性能分析[D]. 吴树海.华侨大学 2016
[4]微波辅助燃烧合成NiO粉工艺研究[D]. 吴来红.兰州理工大学 2008
本文编号：2941877
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