基于高通量实验的LLZO固态电解质正三价过渡金属氧化物掺杂效应研究

发布时间：2022-07-15 17:10

　　锂离子电池是一种高效的电能存储技术,被广泛应用于人类社会的各大领域中,例如新能源汽车和便携式电子设备。传统锂离子电池大多采用液态电解质作为锂离子的传输媒介,使用过程中存在漏液、易燃和爆炸等安全隐患。采用安全性更高的固态电解质替代液态电解质则有可能解决这一问题。在众多的无机固态电解质材料中,石榴石型锂镧锆氧化物(Li₇La₃Zr₂O₁₂,LLZO)无机固态电解质因其优良的热稳定、高离子电导率和较宽的电化学窗口等特点,而受到广泛关注。然而,具有良好离子导电性的立方相LLZO在室温下极不稳定。金属阳离子掺杂是稳定LLZO室温下立方相和提高离子电导率的有效途径,但由于可掺杂元素种类众多、工艺参数变量复杂,基于传统“试错”的掺杂实验方法效率低下,难以满足对LLZO固态电解质材料离子电导率进一步提高的研发需求。高通量实验是近年来兴起的材料研究新方法,其本质是在一次实验中同时制备多个不同组分和工艺参数的样品,然后通过高通量表征技术实现对材料性能的快速测试,从而大大提升实验效率。高通量制备和高通量表征是高通量实验的... 

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 LLZO固态电解质简介
        1.2.1 石榴石型LLZO的结构特性
        1.2.2 LLZO固态电解质的研究现状
        1.2.3 基于元素掺杂/替换的LLZO固态电解质研究
    1.3 固态电解质的高通量研究现状
        1.3.1 高通量实验技术研究现状
        1.3.2 面向固态电解质的高通量研究进展
        1.3.3 基于薄膜形态的电解质高通量实验研究
    1.4 本文的主要研究内容和结构安排
        1.4.1 本文的主要研究内容
        1.4.2 文章的结构安排
第二章 基于磁控溅射的LLZO-In_2O_3 高通量合成工艺研究
    2.1 引言
    2.2 高通量磁控溅射关键工艺模块设计
        2.2.1 In-line磁控溅射高通量制备工艺方法
        2.2.2 高通量磁控溅射组合材料芯片制备系统
        2.2.3 仿真模型搭建
        2.2.4 参数初始化设定
        2.2.5 结果与讨论
    2.3 基于磁控溅射的LLZO-In_2O_3 高通量样品库合成工艺研究
        2.3.1 LLZO-In_2O_3 高通量合成工艺设计
        2.3.2 薄膜合成方案选择
        2.3.3 沉积速率和均匀性测试
        2.3.4 多层膜沉积和扩散
    2.4 本章小结
第三章 退火温度对In掺杂LLZO性能影响的高通量实验研究
    3.1 引言
    3.2 实验过程
        3.2.1 样品的高通量制备
        3.2.2 结晶热处理过程
        3.2.3 性能表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 In掺杂对LLZO薄膜性能的影响
        3.3.2 结晶热处理温度对In掺杂LLZO薄膜结晶性能的影响
        3.3.3 结晶热处理温度对In掺杂LLZO薄膜电学性能的影响
    3.4 本章小结
第四章 In掺杂含量对LLZO电学性能影响的高通量实验研究
    4.1 引言
    4.2 实验过程
        4.2.1 In掺杂LLZO组合材料样品库前驱体制备
        4.2.2 扩散与结晶热处理
        4.2.3 测试电极制备
        4.2.4 电化学阻抗测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 In掺杂含量对电化学阻抗谱的影响
        4.3.2 In掺杂含量对LLZO离子电导率的影响
    4.4 本章小结
第五章 总结
    5.1 文章创新点与研究结果总结
        5.1.1 研究结果总结
        5.1.2 创新点
    5.2 后续研究工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3662487