固态电解质Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 （PO 4 ） 3 制备及性能研究
发布时间：2021-04-07 00:59
锂离子电池是目前应用最广泛的电池,在新能源汽车、手机和笔记本电脑等领域均有广泛的应用前景。传统的锂离子电池采用液态电解质传输锂离子,封装难度较大,工作时自身发热易导致电池内部隔膜破坏,电解液泄露后正负极直接接触燃烧。全固态锂离子电池采用固态电解质,有效地提高了安全性、能量密度、电池容量和循环稳定性。Li1.3Al0.3Ti1.7（PO4）3（LATP）是目前已知的具有最高理论离子电导率的固态电解质,其值为3 × 10-3S/cm。但由于烧结时自身的分解反应,LATP样品中存在杂质相和微裂纹,致密度下降,导致离子电导率下降至10-4S/cm。为了解决这一问题,本文通过Monte Carlo法模拟纯相LATP晶粒生长过程,分析烧结过程中LATP的微观组织变化规律并依此对其生长做出预测,得到样品致密度超过理论阈值96.7%的烧结工艺参数。为了进一步提高LATP的性能,通过添加助烧剂改善LATP样品的微观组织结构,分析烧结助剂对微观组织结构变化的影响,根据试验结果确定最佳的烧结工艺参数。采用经典Monte ...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全固态与传统锂二次电池对比图[13]
第1章绪论-3-16]。全固态锂离子电池的正极一般由活性物质、导电剂和固体电解质组成的复合结构。放电过程中锂离子从正极中脱出，经过固体电解质传输并与负极活性物质发生反应，嵌入负极中，随着锂离子的传输，外电路中发生电子的定向转移，从而形成电流。充电过程中Li+的传输过程与放电时相反。因此锂离子电池的导电原理为锂离子在正负极间的反复脱嵌和嵌入导致电池中电能和化学能发生互相转换。以常见的LiCoO2/Li电池为例，其充放电反应式如下[12]：(1.1)由上述全固态锂离子电池的结构和工作原理可知，为了制备高性能的锂离子二次电池，我们需要选择合适的正负极材料以得到尽可能高的正负极电势差。正极除了需要较高的平台电压外，还需保证Li+在正极内部嵌入和脱出时正极材料的结构具有尽量高的稳定性，防止正极结构变形影响Li+的脱出和嵌入，从而影响电池容量。负极材料需要具有尽量低的电位以方便Li+的嵌入，从而具有更长的循环寿命。图1-2全固态锂离子电池结构图[16]从上文中我们已经知道全固态锂离子电池的正负极材料选择对于电池性能的提高具有很大的影响，下文简单介绍正负极材料的选择[17-19]。正极：正极材料是目前全固态锂电池研究的最大热点，这是由于相较于负极材料，正极材料的成本对全固态锂电池的整体成本影响最大，商业应用价值最高，因此目前国家和各个公司对于锂电池研究的投入均以正极材料为主。目前市场上传统的应用最为广泛正极材料还是以LiCoO2及其改性材料为主，但
第1章绪论-7-图1-3LiFePO4/PEO/Li全固态电池循环性能测试图Shin等人[28]采用相似的思路对PEO基聚合物电解质进行改性，向PEO基聚合物中添加二氧化钛和LiCF3SO3进行掺杂，通过改变TiO2的含量调节PEO基聚合物电解质的性能，最终改变LiFePO4/PEO/Li全固态电池的性能。TiO2可以明显减少聚合物的结晶，从而减少界面电阻，提高电池性能。如图1-4所示，随着TiO2含量的升高，全固态电池的容量变化较小，但循环性能得到大大提升，当TiO2含量为15wt%时，其循环性能相较于原始对照组提高了25%。图1-4LiFePO4/PEO/Li全固态电池电化学性能测试图无机固态电解质主要分为以下五种[30,34,35]：首先是Li3N型电解质，其晶体结构如图1-5所示。该类型电解质是最早被开发出来的无机固态电解质，目前已被发展为Li2S型电解质。其优点为离子电
本文编号：3122492
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全固态与传统锂二次电池对比图[13]
第1章绪论-3-16]。全固态锂离子电池的正极一般由活性物质、导电剂和固体电解质组成的复合结构。放电过程中锂离子从正极中脱出，经过固体电解质传输并与负极活性物质发生反应，嵌入负极中，随着锂离子的传输，外电路中发生电子的定向转移，从而形成电流。充电过程中Li+的传输过程与放电时相反。因此锂离子电池的导电原理为锂离子在正负极间的反复脱嵌和嵌入导致电池中电能和化学能发生互相转换。以常见的LiCoO2/Li电池为例，其充放电反应式如下[12]：(1.1)由上述全固态锂离子电池的结构和工作原理可知，为了制备高性能的锂离子二次电池，我们需要选择合适的正负极材料以得到尽可能高的正负极电势差。正极除了需要较高的平台电压外，还需保证Li+在正极内部嵌入和脱出时正极材料的结构具有尽量高的稳定性，防止正极结构变形影响Li+的脱出和嵌入，从而影响电池容量。负极材料需要具有尽量低的电位以方便Li+的嵌入，从而具有更长的循环寿命。图1-2全固态锂离子电池结构图[16]从上文中我们已经知道全固态锂离子电池的正负极材料选择对于电池性能的提高具有很大的影响，下文简单介绍正负极材料的选择[17-19]。正极：正极材料是目前全固态锂电池研究的最大热点，这是由于相较于负极材料，正极材料的成本对全固态锂电池的整体成本影响最大，商业应用价值最高，因此目前国家和各个公司对于锂电池研究的投入均以正极材料为主。目前市场上传统的应用最为广泛正极材料还是以LiCoO2及其改性材料为主，但
第1章绪论-7-图1-3LiFePO4/PEO/Li全固态电池循环性能测试图Shin等人[28]采用相似的思路对PEO基聚合物电解质进行改性，向PEO基聚合物中添加二氧化钛和LiCF3SO3进行掺杂，通过改变TiO2的含量调节PEO基聚合物电解质的性能，最终改变LiFePO4/PEO/Li全固态电池的性能。TiO2可以明显减少聚合物的结晶，从而减少界面电阻，提高电池性能。如图1-4所示，随着TiO2含量的升高，全固态电池的容量变化较小，但循环性能得到大大提升，当TiO2含量为15wt%时，其循环性能相较于原始对照组提高了25%。图1-4LiFePO4/PEO/Li全固态电池电化学性能测试图无机固态电解质主要分为以下五种[30,34,35]：首先是Li3N型电解质，其晶体结构如图1-5所示。该类型电解质是最早被开发出来的无机固态电解质，目前已被发展为Li2S型电解质。其优点为离子电
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