Li 2 OHBr类固态电解质的制备和电化学性能研究
发布时间：2022-04-25 18:59
随着现代科学技术的迅猛发展,能源短缺和环境污染问题日益突出,新型清洁能源的开发迫在眉睫。在目前的各种储能装置中,锂离子电池以其高的能量密度、长的循环寿命、小的体积和轻的质量成为综合性能最好的储能体系,已经被广泛用于便携式移动通信设备、新能源汽车等各个领域。常规锂离子电池使用的是有机液态电解质,其存在着易漏、易燃和易爆等安全隐患。新型全固态锂离子电池可以从根本上彻底解决常规锂离子电池存在的安全问题,因而成为锂离子电池研究的热点。研发全固态锂离子电池的关键在于开发电化学性能优异的固态电解质材料。近年来,反钙钛矿型结构的固态电解质因其具有较高的离子电导率、良好的热稳定性、良好的电极兼容性以及较宽的电化学窗口成为固态电解质材料研究的重点,反钙钛矿型的Li2OHBr是一种非常具有发展潜力的固态电解质,但是其离子电导率和电化学稳定性都还有待提高。因此本论文用F和C1对Li2OHBr中Br进行取代改性,通过高温煅烧熔融盐的方法合成了 Li2OHFxBr1-x和Li2OHClxBr1-x,并对改性后的材料进行了电化学性能研究。主要研究内容如下:（1）通过高温煅烧熔融盐的方法用F对Li2OHBr中的Br...
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２．常见的锂离子电池结构图［１（）］??２??
酯（ＤＥＣ）等有机溶剂中制得。??锂离子电池实质上是一种依靠锂离子在电池的正极和负极之间来回嵌入和脱??出，从而达到充放电目的浓差电池。锂离子电池的工作原理如下图１－３所示，当电??池处于充电状态时，Ｌｉ＋从正极材料中脱出，穿过隔膜和电解液，嵌入到负极材料中。??而当电池处于放电状态时，Ｌｉ＋从负极材料中脱出，通过隔膜和电解液，嵌入到正极??材料中［１２］。正因如此，锂离子电池也被称为“摇椅式电池”?［１３］。?????????＂＂?１??ｉ?Ｃａｔｈｏｄｅ?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?—＾?Ａｎｏｄｃ＿?Ｉ??纖??ｌ?心?＊?ｖ?．?＊?？ｖ?．?？－??＊?－??ＵＭＯ：?ｌａｙｅｒ?Ｓｏｌｖｅｎｔ?Ｇｒａｐｈｅｎｅ??ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｍｏｌｅｃｕｌｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??图１－３．常规锂电池工作原理图［１３］??以ＬｉＣ〇０２为正极材料，石墨为负极材料的锂离子电池为例，锂离子电池工作??的过程中，发生的电化学反应如下所示？．??负极：６?Ｃ?＋?ｊｃ?Ｌｉ＋?＋?ｘ?ｅ＿?ｌＡｘＣｅ??正极：ＬｉＣｏ０２?—?Ｌｉｉ－ｘＣｏ０２?＋?ｘ?Ｌｉ＋?＋?ｘ?ｅ－??总反应：ＬｉＣｏ〇２?＋?６?Ｃ?－■＞?Ｌｉ；ｃＣ６?＋?Ｌｉｉ－；ｃＣｏ〇２??１．２．３锂离子电池的特点??锂离子电池作为目前综合性能最好、应用最广泛的储能体系主要有以下优点：??（１）工作电压相对较高
（３）锂离子快导体型固态电解质??最早的锂离子快导体（ＬＩＳＩＣＯＮ）型固态电解质Ｌｉ１４Ｚｎ（Ｇｅ０４）４最早是由Ｈｏｎｇ等??人制得［３５］。图１－７为ＬＩＳＩＣＯＮ型Ｌｉ１４Ｚｎ（Ｇｅ０４；）４固态锂离子电解质的结构图［２５］。它??以［ＬｉｎＺｎ（Ｇｅ０４）４ｆ形成三维网络骨架结构，剩余的Ｌｉ＋位于间隙位置，在结构中能??够自由迁移［３６，３７］。Ｌｉ１４Ｚｎ（Ｇｅ０４）４在室温下电导率仅为１ＣＴ７?Ｓ／ｃｍ，但是在３００°Ｃ时离??子电导率可达０．１２５?Ｓ／ｃｍ。为了提高ＬＩＳＩＣＯＮ的电导率，可以采用掺杂的办法，也??可以开发新的合成方法和工艺。Ｎｏｒｉａｋｉ等人在ＮＡＴＵＲＥ报道了一种具有三维空间??网状的ＬＩＳＩＣＯＮ型的Ｌｉｕ）ＧｅＰ２Ｓ１２，其在室温时离子电导率可到０．０１２?Ｓ／ｃｍ［２１］。??？?？?？?ｕ??图?１－７．?ＬＩＳＩＣＯＮ?型?ＬｉｗＺｉ＾ＧｅＯＡ?晶体结构图［２５］??ＬＩＳＩＣＯＮ型固态电解质有着较高的离子电导率、较宽的的电化学窗口和优异的??热稳定性，而且该类型电解质能抑制锂枝晶生长，可以搭配金属锂负极使用，有较??高比容量。因此ＬＩＳＩＣＯＮ型固态电解质也成为全固态锂离子电池电解质材料的研??宄热点。??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]无机固体电解质Li7La3Zr2O12的研究进展[J]. 查文平,李君阳,阳敦杰,沈强,陈斐. 中国材料进展. 2017(10)
[2]全固态锂电池关键材料—固态电解质研究进展[J]. 陈龙,池上森,董源,李丹,张博晨,范丽珍. 硅酸盐学报. 2018(01)
[3]掺杂型固态电解质Li1.4Al0.4ZrxTi1.6-x（PO4）3的制备及其在锂硫电池中的应用[J]. 张丽丽,朱文,赵云,曹政,崇保和. 材料导报. 2016(18)
[4]反钙钛矿Li3OX（X=F,Cl,Br）快离子导体的密度泛函研究[J]. 王雪龙,肖睿娟,李泓,陈立泉. 储能科学与技术. 2016(05)
[5]全固态锂电池技术的研究现状与展望[J]. 许晓雄,邱志军,官亦标,黄祯,金翼. 储能科学与技术. 2013(04)
[6]全固态锂离子电池的研究及产业化前景[J]. 刘晋,徐俊毅,林月,李劼,赖延清,袁长福,张锦,朱凯. 化学学报. 2013(06)
硕士论文
[1]石榴石结构固体电解质Li5La3M2O12（M=Nb、Bi）的低温合成和性能表征[D]. 武青.中南大学 2013
本文编号：3648162
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２．常见的锂离子电池结构图［１（）］??２??
酯（ＤＥＣ）等有机溶剂中制得。??锂离子电池实质上是一种依靠锂离子在电池的正极和负极之间来回嵌入和脱??出，从而达到充放电目的浓差电池。锂离子电池的工作原理如下图１－３所示，当电??池处于充电状态时，Ｌｉ＋从正极材料中脱出，穿过隔膜和电解液，嵌入到负极材料中。??而当电池处于放电状态时，Ｌｉ＋从负极材料中脱出，通过隔膜和电解液，嵌入到正极??材料中［１２］。正因如此，锂离子电池也被称为“摇椅式电池”?［１３］。?????????＂＂?１??ｉ?Ｃａｔｈｏｄｅ?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?—＾?Ａｎｏｄｃ＿?Ｉ??纖??ｌ?心?＊?ｖ?．?＊?？ｖ?．?？－??＊?－??ＵＭＯ：?ｌａｙｅｒ?Ｓｏｌｖｅｎｔ?Ｇｒａｐｈｅｎｅ??ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｍｏｌｅｃｕｌｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??图１－３．常规锂电池工作原理图［１３］??以ＬｉＣ〇０２为正极材料，石墨为负极材料的锂离子电池为例，锂离子电池工作??的过程中，发生的电化学反应如下所示？．??负极：６?Ｃ?＋?ｊｃ?Ｌｉ＋?＋?ｘ?ｅ＿?ｌＡｘＣｅ??正极：ＬｉＣｏ０２?—?Ｌｉｉ－ｘＣｏ０２?＋?ｘ?Ｌｉ＋?＋?ｘ?ｅ－??总反应：ＬｉＣｏ〇２?＋?６?Ｃ?－■＞?Ｌｉ；ｃＣ６?＋?Ｌｉｉ－；ｃＣｏ〇２??１．２．３锂离子电池的特点??锂离子电池作为目前综合性能最好、应用最广泛的储能体系主要有以下优点：??（１）工作电压相对较高
（３）锂离子快导体型固态电解质??最早的锂离子快导体（ＬＩＳＩＣＯＮ）型固态电解质Ｌｉ１４Ｚｎ（Ｇｅ０４）４最早是由Ｈｏｎｇ等??人制得［３５］。图１－７为ＬＩＳＩＣＯＮ型Ｌｉ１４Ｚｎ（Ｇｅ０４；）４固态锂离子电解质的结构图［２５］。它??以［ＬｉｎＺｎ（Ｇｅ０４）４ｆ形成三维网络骨架结构，剩余的Ｌｉ＋位于间隙位置，在结构中能??够自由迁移［３６，３７］。Ｌｉ１４Ｚｎ（Ｇｅ０４）４在室温下电导率仅为１ＣＴ７?Ｓ／ｃｍ，但是在３００°Ｃ时离??子电导率可达０．１２５?Ｓ／ｃｍ。为了提高ＬＩＳＩＣＯＮ的电导率，可以采用掺杂的办法，也??可以开发新的合成方法和工艺。Ｎｏｒｉａｋｉ等人在ＮＡＴＵＲＥ报道了一种具有三维空间??网状的ＬＩＳＩＣＯＮ型的Ｌｉｕ）ＧｅＰ２Ｓ１２，其在室温时离子电导率可到０．０１２?Ｓ／ｃｍ［２１］。??？?？?？?ｕ??图?１－７．?ＬＩＳＩＣＯＮ?型?ＬｉｗＺｉ＾ＧｅＯＡ?晶体结构图［２５］??ＬＩＳＩＣＯＮ型固态电解质有着较高的离子电导率、较宽的的电化学窗口和优异的??热稳定性，而且该类型电解质能抑制锂枝晶生长，可以搭配金属锂负极使用，有较??高比容量。因此ＬＩＳＩＣＯＮ型固态电解质也成为全固态锂离子电池电解质材料的研??宄热点。??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]无机固体电解质Li7La3Zr2O12的研究进展[J]. 查文平,李君阳,阳敦杰,沈强,陈斐. 中国材料进展. 2017(10)
[2]全固态锂电池关键材料—固态电解质研究进展[J]. 陈龙,池上森,董源,李丹,张博晨,范丽珍. 硅酸盐学报. 2018(01)
[3]掺杂型固态电解质Li1.4Al0.4ZrxTi1.6-x（PO4）3的制备及其在锂硫电池中的应用[J]. 张丽丽,朱文,赵云,曹政,崇保和. 材料导报. 2016(18)
[4]反钙钛矿Li3OX（X=F,Cl,Br）快离子导体的密度泛函研究[J]. 王雪龙,肖睿娟,李泓,陈立泉. 储能科学与技术. 2016(05)
[5]全固态锂电池技术的研究现状与展望[J]. 许晓雄,邱志军,官亦标,黄祯,金翼. 储能科学与技术. 2013(04)
[6]全固态锂离子电池的研究及产业化前景[J]. 刘晋,徐俊毅,林月,李劼,赖延清,袁长福,张锦,朱凯. 化学学报. 2013(06)
硕士论文
[1]石榴石结构固体电解质Li5La3M2O12（M=Nb、Bi）的低温合成和性能表征[D]. 武青.中南大学 2013
本文编号：3648162
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