基于石榴石电解质的固态锂空气电池和固态锂离子电池的正极构筑及反应机制研究
发布时间：2021-04-25 03:25
锂空气电池在所有下一代锂电池中具有最高的理论能量密度,受到了研究者广泛的关注。目前,被研究较多的是传统有机电解液体系锂空气电池。由于有机电解液本身的限制,有机体系锂空气电池存在能量效率低、循环性能差、电解液挥发、难以在空气环境下工作等问题。使用更加稳定的固体电解质替换液体有机电解质构筑全固态锂空气电池有希望解决上述问题。石榴石型Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12（LLZTO）电解质具有室温锂离子电导率高(>10-3 S cm-1)、与金属锂接触稳定、电化学窗口宽等优点,是一种有希望的固体电解质材料。本论文使用LLZTO作为电解质层构筑了全固态锂空气电池及全固态锂离子电池,主要开展了以下工作。（1）为在固态锂空气电池正极内部同时构筑电子与离子传输通道,使用科琴黑（Ketjen Black,KB）作为电子导电剂,LLZTO粉体作为离子传导骨架,聚碳酸丙烯酯/聚酰亚胺:双三氟甲烷磺酰亚胺锂（PPC/PI:LiTFSI）聚合物电...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)上海市
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 固体电解质
1.2.1 固态聚合物电解质
1.2.2 无机陶瓷电解质
1.3 固态锂空气电池空气正极构筑
1.4 固态锂空气电池正极反应机制
1.5 固态电池中的界面
1.5.1 活性材料/正极界面
1.5.2 正极/电解质、负极/电解质界面
1.6 论文的选题依据与研究内容
1.6.1 论题依据
1.6.2 研究内容
第2章 实验技术与仪器
2.1 实验材料和试剂
2.2 实验仪器和设备
2.3 材料制备方法
6.4La3Zr1.4Ta0.6O12固体电解质的制备"> 2.3.1 Garnet型Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12固体电解质的制备
2.3.2 磁控溅射技术
2.4 材料性能表征方法
2.4.1 扫描电子显微镜与X射线能量色散谱
2.4.2 透射电子显微镜
2.4.3 X射线光电子能谱
2.4.4 傅里叶变换红外光谱
2.4.5 拉曼光谱
2.4.6 差分电化学质谱
2.5 电化学性能表征方法
2.5.1 恒电流充放电测试
2.5.2 电化学阻抗谱
2.5.3 循环伏安法
第3章 碳基聚合物复合空气正极研究
3.1 实验部分
3.1.1 复合空气正极的制备
3.1.2 固态锂空气电池组装
3.1.3 固态锂空气电池测试
3.2 固态锂空气电池结构及产物表征
3.2.1 固态空气正极结构
3.2.2 80 ℃电池性能表征
3.2.3 产物组成表征
3.2.4 产物形貌观察
3.2.5 PPC:LiTFSI电池的循环性能
3.2.6 原位XPS测试
3.2.7 原位DEMS测试
3.3 固态锂空气电池高温性能
3.3.1 温度对过电势的影响
3.3.2 200℃下CV测试
3.3.3 200℃下倍率性能
3.4 本章小结
第4章 惰性Au电极固态锂空气电池研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 磁控溅射生长薄膜Au正极
4.2.2 电池组装及测试
4.3 Au电极表征
4.4 氧气气氛下产物表征
4.5 空气气氛下产物表征
4.6 充电过程表征
4.7 本章小节
第5章 固态电池中固固界面研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 电池组装
5.2.2 电化学交流阻抗谱测试
5.3 对称电池的电化学阻抗
5.3.1 正极/LLZTO/正极界面电阻分析
5.3.2 Li/LLZTO/Li界面电阻分析
5.4 全电池阻抗
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3158606
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)上海市
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 固体电解质
1.2.1 固态聚合物电解质
1.2.2 无机陶瓷电解质
1.3 固态锂空气电池空气正极构筑
1.4 固态锂空气电池正极反应机制
1.5 固态电池中的界面
1.5.1 活性材料/正极界面
1.5.2 正极/电解质、负极/电解质界面
1.6 论文的选题依据与研究内容
1.6.1 论题依据
1.6.2 研究内容
第2章 实验技术与仪器
2.1 实验材料和试剂
2.2 实验仪器和设备
2.3 材料制备方法
6.4La3Zr1.4Ta0.6O12固体电解质的制备"> 2.3.1 Garnet型Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12固体电解质的制备
2.3.2 磁控溅射技术
2.4 材料性能表征方法
2.4.1 扫描电子显微镜与X射线能量色散谱
2.4.2 透射电子显微镜
2.4.3 X射线光电子能谱
2.4.4 傅里叶变换红外光谱
2.4.5 拉曼光谱
2.4.6 差分电化学质谱
2.5 电化学性能表征方法
2.5.1 恒电流充放电测试
2.5.2 电化学阻抗谱
2.5.3 循环伏安法
第3章 碳基聚合物复合空气正极研究
3.1 实验部分
3.1.1 复合空气正极的制备
3.1.2 固态锂空气电池组装
3.1.3 固态锂空气电池测试
3.2 固态锂空气电池结构及产物表征
3.2.1 固态空气正极结构
3.2.2 80 ℃电池性能表征
3.2.3 产物组成表征
3.2.4 产物形貌观察
3.2.5 PPC:LiTFSI电池的循环性能
3.2.6 原位XPS测试
3.2.7 原位DEMS测试
3.3 固态锂空气电池高温性能
3.3.1 温度对过电势的影响
3.3.2 200℃下CV测试
3.3.3 200℃下倍率性能
3.4 本章小结
第4章 惰性Au电极固态锂空气电池研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 磁控溅射生长薄膜Au正极
4.2.2 电池组装及测试
4.3 Au电极表征
4.4 氧气气氛下产物表征
4.5 空气气氛下产物表征
4.6 充电过程表征
4.7 本章小节
第5章 固态电池中固固界面研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 电池组装
5.2.2 电化学交流阻抗谱测试
5.3 对称电池的电化学阻抗
5.3.1 正极/LLZTO/正极界面电阻分析
5.3.2 Li/LLZTO/Li界面电阻分析
5.4 全电池阻抗
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3158606
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