氧化物固体电解质Li 7 La 3 Zr 2 O 12 的制备及电化学性能研究

发布时间：2020-12-31 07:32

　　近年来,随着国家对新能源产业发展的大力支持,锂离子电池得到了快速的发展,应用的领域也越来越多。目前广泛使用的液态锂离子电池采用的是有机液体电解质,存在漏液易燃的安全隐患。因此,采用无机固体电解质的固态电池能很好的解决目前液态电池的安全性问题。主要原因是全固态锂离子电池具有其良好的热稳定性和安全性及高的能量密度。发展固态电池的关键材料是研发性能优异的固体电解质。在固体电解质的发展体系中,Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZO）具有高的室温锂离子电导率（¹0^-44 S/cm）,宽的电化学窗口（>5V）,并且在室温下化学性质稳定,与电极接触良好等优点成为最有前途的固体电解质之一。因此,本文研究石榴石型氧化物固体电解质LLZO,并且为了更好的制备性能优异的LLZO固体电解质,本文分别利用微波烧结法和固相烧结方法优化了LLZO的烧结工艺,制备了性能优异的立方相固体电解质LLZO。采用微波烧结的技术在较低温度（1150℃）下制备了纯度高的LLZO固体电解质材料,研究... 

【文章来源】： 胡东伟 湖北工业大学

【文章页数】：53 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂离子电池的工作原理

目前,锂离子电池正极主要使用的是锂的金属氧化物,负极材料为石墨。然而,在第一次放电过程中,液态电解质会被石墨还原,同时会在石墨表面形成钝化膜(SEI),如图1.2所示,SEI层的性质和化学成分在一定程度上限制了锂离子在石墨电极和液体电解质之间的传输。除此之外,有机液体电解质还存在以下问题:电化学窗口窄,随着市场上较高和较低压电极材料的出现,使得目前的电解液无法兼容这些电极此类。使用温度范围区间小,目前商业的有机液体电解质的使用温度大多为-20℃~60℃之间;并且在大电流通过时,电池性能会下降。

1.2.3节简述了几种典型的锂离子电解质类型和特点,图1.3为几种锂离子固体电解质的种类及其离子电导率随温度的变化曲线。石榴石结构的Li7La3Zr2O12(LLZO)固体电解质的电导率一般低于硫化物,但高于聚合物,室温下可达10-3S/cm。相比于NASICON、LISICON、钙钛矿这类氧化物固体电解质,LLZO的离子电导率稍高一些。相比于硫化物固体电解质,LLZO具有成本较低,可以在空气中制备和储存的优点,且没有毒性。相比之下,硫化物固态电解质的电化学稳定性差在空气中对水非常敏感。电化学稳定性差直接限制了其在高能量密度(高工作电压正极、锂金属负极)动力电池中的应用。空气稳定性差使得其易与空气中的H2O反应生成H2S,从而降低其电解质的使用寿命。1.3.1 石榴石型氧化物固体电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)的制备


本文编号：2949232