钙钛矿结构LLTO基固态电解质和复合电解质的制备及其性能研究
发布时间：2021-06-22 02:20
传统的锂离子电池因使用有机液态电解质而存在鼓包、电解液泄露和爆燃等安全隐患。为解决上述难题,具有化学性质稳定、电化学窗口大、工作温度范围宽等优点的固态锂离子电解质成为了目前研究的热点之一。其中,钙钛矿型陶瓷Li0.33La0.557TiO3（LLTO）因具有较高的晶体锂离子电导率而备受关注,但由于晶界锂离子耗尽层的存在,大幅限制了陶瓷块体的锂离子电导。另外,氧化物陶瓷型固态电解质虽然有较好的锂离子电导性能,但其机械性能不理想,且与电极界面接触性能较差,从而影响电池长周期循环性能。本文以LLTO陶瓷为研究对象,从陶瓷的烧结工艺与晶界改性、聚合物复合改善电解质的机械和电化学性能以及构建三维连续锂离子快速传输通道三个方面展开研究,获得以下结论:1.通过Al2O3第二相的引入并结合先进的放电等离子烧结（SPS）技术,成功制备了具有低晶界阻抗的LLTO-xAl2O3陶瓷,提升了基体的锂离子电导率。在LLTO晶界处,Al2O...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各类储能器件能量/功率密度对比[6]
浙江大学硕士学位论文2电容器、锂离子电池、燃料电池等储能设备由于其绿色低污染且可重复利用的优点满足了新时代对能源储存器件的要求，因而受到了研究者的广泛关注[7,8]。在不同的应用场景中选择合适的储能装置时，不仅要关注其在不同工作环境中的电化学性能，工作过程中储能装置的安全性和稳定性也是十分重要的考量。近些年来，具有高能量密度和一定程度安全性的锂离子电池满足多数使用条件下的储能需求，因此在智能电子产品等领域和动力装置领域得到广泛的应用[9-11]。如图1.1所示，在各类储能装置中，锂离子电池同时兼具了较高的能量密度和良好的功率密度[6]。并且锂离子还因其拥有工作电压窗口大、自放电低、循环使用寿命长和绿色无污染等诸多优点，成为储能研究中的重要方向[12,13]。锂离子电池的相关研究，最早可以追溯到二十世纪六、七十年代把锂金属和某些锂合金用作电池负极材料的电池体系研究[14]。1991年，索尼公司第一次提出锂离子电池和成功将摇椅式电池商业化，并逐渐占据移动电源市场，锂离子电池成为二次电池体系的研究主流[15]。现有商用锂离子电池一般由正负电极、有机电解液、隔膜和外壳构成。锂离子电池正极材料一般为含锂金属氧化物，现在商用的负极材料一般为石墨。隔膜是一种能将正负电极质隔开的特殊高分子膜，它能防止电池内部短路。同时，它有微孔方便电解液离子的传输。锂离子电池的电解液一般是LiPF6的碳酸酯溶液。现在锂离子电池中电极材料的储锂方式主要有嵌入、合金化和化学反应三种方式[16]。图1.2展现了“摇椅式”锂离子电池的结构和其充放电过程如所示。图1.2锂离子电池充放电过程示意图[17]Fig.1.2SchematicdiagramofLi-ionbatterycharginganddischargingprocess
浙江大学硕士学位论文4正极反应：LiFePO4Li1-xFePO4＋xLi＋xe-负极反应：6C+xLi++xe-LixC6电池反应：LiFePO4+6CLi1-xFePO4＋LixC6锂离子电池由外壳、正极材料、负极材料、隔膜和电解液五部分组成。锂离子电池正极材料一般为含锂金属氧化物，常见的有钴酸锂、磷酸亚铁锂、锰酸锂和三元正极材料等。商业应用在锂电池中的负极材料主要是人造石墨和天然石墨。聚烯烃类隔膜具有优异的力学性能和化学稳定性，并且成本低廉，因而成为商业化锂电池常用的隔膜材料。电池中的电解液一般是以LiPF6的碳酸酯溶液。锂离子电池外壳主要是具有较大机械强度的钢壳，其功能是将电极等组件压紧以保证接触性能和将电极等材料与空气隔绝。图1.3各种形状和不同化学组分的电极构成的电池[33]。(a)圆柱型，(b)纽扣型，(c)方块型，(d)薄片型Fig.1.3Abatterycomposedofelectrodesofvariousshapesanddifferentchemicalcompositions.(a)cylindricaltype,(b)buttontype,(c)squaretype,(d)filmtype如图1.3所示，锂离子电池根据外观和组装方式不同主要分为四种：圆柱锂离子电池、扣式锂离子电池、方块锂离子电池和薄片锂离子电池。
本文编号：3241915
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各类储能器件能量/功率密度对比[6]
浙江大学硕士学位论文2电容器、锂离子电池、燃料电池等储能设备由于其绿色低污染且可重复利用的优点满足了新时代对能源储存器件的要求，因而受到了研究者的广泛关注[7,8]。在不同的应用场景中选择合适的储能装置时，不仅要关注其在不同工作环境中的电化学性能，工作过程中储能装置的安全性和稳定性也是十分重要的考量。近些年来，具有高能量密度和一定程度安全性的锂离子电池满足多数使用条件下的储能需求，因此在智能电子产品等领域和动力装置领域得到广泛的应用[9-11]。如图1.1所示，在各类储能装置中，锂离子电池同时兼具了较高的能量密度和良好的功率密度[6]。并且锂离子还因其拥有工作电压窗口大、自放电低、循环使用寿命长和绿色无污染等诸多优点，成为储能研究中的重要方向[12,13]。锂离子电池的相关研究，最早可以追溯到二十世纪六、七十年代把锂金属和某些锂合金用作电池负极材料的电池体系研究[14]。1991年，索尼公司第一次提出锂离子电池和成功将摇椅式电池商业化，并逐渐占据移动电源市场，锂离子电池成为二次电池体系的研究主流[15]。现有商用锂离子电池一般由正负电极、有机电解液、隔膜和外壳构成。锂离子电池正极材料一般为含锂金属氧化物，现在商用的负极材料一般为石墨。隔膜是一种能将正负电极质隔开的特殊高分子膜，它能防止电池内部短路。同时，它有微孔方便电解液离子的传输。锂离子电池的电解液一般是LiPF6的碳酸酯溶液。现在锂离子电池中电极材料的储锂方式主要有嵌入、合金化和化学反应三种方式[16]。图1.2展现了“摇椅式”锂离子电池的结构和其充放电过程如所示。图1.2锂离子电池充放电过程示意图[17]Fig.1.2SchematicdiagramofLi-ionbatterycharginganddischargingprocess
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本文编号：3241915
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