锂离子导体LATP的制备与性能研究
发布时间：2021-11-27 09:40
锂离子电池作为动能和储能装置等被广泛应用于移动电子设备、军事技术、航空航天以及医疗器械等领域,然而目前所大规模使用的电解质为液体电解质,存在易燃易爆、能量密度不高等问题。而锂离子固体电解质即锂离子导体可以替代传统电池中的液体电解质和隔膜部分,不仅可以克服液体电解质的安全问题,还具有更高的能量密度以及降低成本等优点。NASICON型快锂离子导体Li1+xAlxTi2-x（PO4）3（LATP）是迄今发现的氧化物锂离子快导体中室温电导率最高的电解质之一,具有离子电导较高、较宽的电化学稳定窗口以及热稳定性好等优点,吸引了研究人员的大量关注,但制备工艺复杂、能耗高以及界面接触不稳定等问题限制了其应用。本文以Li1.3Al0.3Ti1.7（PO4）3为研究对象,探究固相法制备LATP时Al源以及助熔剂Li2B4O7...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理
1绪论3用次数的增多，负极逐渐生成锂枝晶并慢慢长大从而容易刺穿隔膜造成电池内部短路，进而造成电池起火甚至爆炸[27]。此外，传统锂离子电池在过充、短路或是受压变形等异常情况下也容易发生自燃甚至爆炸。所以传统锂离子电池目前还存在着很大的安全隐患。图1-2传统锂离子电池隔膜图解Fig.1-2Diagramofatraditionallithium-ionbatteryseparator1.2.2全固态锂离子电池新世纪以来，为了使传统锂离子电池循环性能差和安全隐患问题得到完全解决，越来越多的研究人员开始聚焦于全固态锂离子电池的开发及应用。全固态锂离子电池与传统锂电池的组成结构是相似的[28]，只不过换了一种新形式而已，只是用固体电解质替换掉将传统锂离子电池中的液体电解质。因此安全稳定，可在较宽温度范围内持续和保证正常工作[29]，它在动力和储能方面前景较为广阔。全固态电池的工作原理和组成结构与传统电池是大同小异的，主要由正负极材料、固体电解质和负极材料组成，其工作原理图解如图1-3所示。由图可知，锂离子在全固态电池中的传输途径是：1）从负极嵌出；2）穿过负极与固体电解质中间的薄层隔膜；4）锂离子在固态电解质材料内部大小适宜的通道内进行快速地迁移；5）锂离子穿过固体电解质与正极材料中间的薄层隔膜；6）锂离子到达并集聚于正极材料；而电子的传输过程正红相反，完成一次放电过程。电池充电时，离子的传导方向与放电过程相反、电子能量释放，即在电压的作用下正极材料放出锂离子，穿过隔膜，然后再进入有着特殊结构通道的固体电解质，再穿过隔膜，进而进入负极材料，此时为了使整个电路达到电荷平衡带负电荷的电子将进入负极材料，实现一次充电过程。
西南科技大学硕士学位论文4图1-3全固态电池工作图解Fig.1-3SchematicoperatingprincipleofAllsolid-statebattery对照传统商用锂离子电池，全固态电池具备如下优点：１）循环性能和安全性能好，因而具有更长的使用寿命；２）材料稳定性高，工作范围更广；３）功率密度和能量密度更大；４）锂离子导体不易发生化学反应，操作简单方便，将会在化学储能场合中扮演重要角色。因此，设计、研发和制备更高能量密度、更高功率密度、更高安全性的全固态电池成为新能源材料研宄的重点、热点和要点[5,30]。它的优势对解决环境问题和能源危机意义非凡，并在电子设备、电动汽车和航空航天的储能和发展等方面具有广阔的发展潜能。可见，全固态的锂离子电池将有望取代现已商业化的传统的锂离子电池，其不仅可以解决传统锂离子电池容量衰减，还有望解决电池关键的安全性问题等问题，其中最关键的问题提高固态电解质的电化学性能，也是研究难点。1.3锂离子导体概述全固态电池中的锂离子导体充当了液体电解质和隔膜的角色，其物理和化学性质对于电池的性能至关重要。锂离子固体电解质的离子导电性能较为优异，化学和物理性质都比较稳定，对环境也是较友好的材料，用以研究和解决实际问题的价值非常大，又被称为锂离子导体[31]，可以使得锂离子电池的安全问题得到有效解决。它与一般材料相比，在室温下拥有高离子电导率，激活能一般在0.5eV以下。与液态电解质相比，锂离子导体有以下明显的优点：（1）不含任何有机液体成分，材料不可燃；（2）加工性能好；（3）简化了电池结构；（4）具有良好的化学稳定性；（5）采用固态电解质的锂离子电池有很宽的适用范围。按照结构性质分类，锂离子导体可分为有机固态电解质和无机固态电解质。现今对有机固态电解质的
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池玻璃态电解质导电机理的研究进展[J]. 郑玥雷,陈人杰,吴锋,李丽. 无机材料学报. 2013(11)
[2]LISICON（锗酸锌锂）单晶的Li+离子电导[J]. 陈立泉,王昌庆,王连忠,肖超亮,毕建清. 物理学报. 1980(05)
本文编号：3522017
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理
1绪论3用次数的增多，负极逐渐生成锂枝晶并慢慢长大从而容易刺穿隔膜造成电池内部短路，进而造成电池起火甚至爆炸[27]。此外，传统锂离子电池在过充、短路或是受压变形等异常情况下也容易发生自燃甚至爆炸。所以传统锂离子电池目前还存在着很大的安全隐患。图1-2传统锂离子电池隔膜图解Fig.1-2Diagramofatraditionallithium-ionbatteryseparator1.2.2全固态锂离子电池新世纪以来，为了使传统锂离子电池循环性能差和安全隐患问题得到完全解决，越来越多的研究人员开始聚焦于全固态锂离子电池的开发及应用。全固态锂离子电池与传统锂电池的组成结构是相似的[28]，只不过换了一种新形式而已，只是用固体电解质替换掉将传统锂离子电池中的液体电解质。因此安全稳定，可在较宽温度范围内持续和保证正常工作[29]，它在动力和储能方面前景较为广阔。全固态电池的工作原理和组成结构与传统电池是大同小异的，主要由正负极材料、固体电解质和负极材料组成，其工作原理图解如图1-3所示。由图可知，锂离子在全固态电池中的传输途径是：1）从负极嵌出；2）穿过负极与固体电解质中间的薄层隔膜；4）锂离子在固态电解质材料内部大小适宜的通道内进行快速地迁移；5）锂离子穿过固体电解质与正极材料中间的薄层隔膜；6）锂离子到达并集聚于正极材料；而电子的传输过程正红相反，完成一次放电过程。电池充电时，离子的传导方向与放电过程相反、电子能量释放，即在电压的作用下正极材料放出锂离子，穿过隔膜，然后再进入有着特殊结构通道的固体电解质，再穿过隔膜，进而进入负极材料，此时为了使整个电路达到电荷平衡带负电荷的电子将进入负极材料，实现一次充电过程。
西南科技大学硕士学位论文4图1-3全固态电池工作图解Fig.1-3SchematicoperatingprincipleofAllsolid-statebattery对照传统商用锂离子电池，全固态电池具备如下优点：１）循环性能和安全性能好，因而具有更长的使用寿命；２）材料稳定性高，工作范围更广；３）功率密度和能量密度更大；４）锂离子导体不易发生化学反应，操作简单方便，将会在化学储能场合中扮演重要角色。因此，设计、研发和制备更高能量密度、更高功率密度、更高安全性的全固态电池成为新能源材料研宄的重点、热点和要点[5,30]。它的优势对解决环境问题和能源危机意义非凡，并在电子设备、电动汽车和航空航天的储能和发展等方面具有广阔的发展潜能。可见，全固态的锂离子电池将有望取代现已商业化的传统的锂离子电池，其不仅可以解决传统锂离子电池容量衰减，还有望解决电池关键的安全性问题等问题，其中最关键的问题提高固态电解质的电化学性能，也是研究难点。1.3锂离子导体概述全固态电池中的锂离子导体充当了液体电解质和隔膜的角色，其物理和化学性质对于电池的性能至关重要。锂离子固体电解质的离子导电性能较为优异，化学和物理性质都比较稳定，对环境也是较友好的材料，用以研究和解决实际问题的价值非常大，又被称为锂离子导体[31]，可以使得锂离子电池的安全问题得到有效解决。它与一般材料相比，在室温下拥有高离子电导率，激活能一般在0.5eV以下。与液态电解质相比，锂离子导体有以下明显的优点：（1）不含任何有机液体成分，材料不可燃；（2）加工性能好；（3）简化了电池结构；（4）具有良好的化学稳定性；（5）采用固态电解质的锂离子电池有很宽的适用范围。按照结构性质分类，锂离子导体可分为有机固态电解质和无机固态电解质。现今对有机固态电解质的
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池玻璃态电解质导电机理的研究进展[J]. 郑玥雷,陈人杰,吴锋,李丽. 无机材料学报. 2013(11)
[2]LISICON（锗酸锌锂）单晶的Li+离子电导[J]. 陈立泉,王昌庆,王连忠,肖超亮,毕建清. 物理学报. 1980(05)
本文编号：3522017
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