元素掺杂改性Li 7 La 3 Zr 2 O 12 工艺及机理研究

发布时间：2023-03-31 23:59

　　锂离子电池被广泛应用于电子产品和储能设备中。随着人类需求的提升和技术的进步,锂离子二次电池的应用也向着大型化、微型化以及柔性化发展,逐渐广泛应用于新能源电动车、柔性皮肤、大型储电站等。新需求的提出带来了新的性能要求,尤其是安全性和能量密度等方面。随之发展起来的全固态锂二次电池是下一代锂电池的发展方向。固态电解质作为全固态电池的核心,是新一代锂电池的关键。Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)固态电解质具有较高的室温离子电导率、化学稳定性和热稳定性,这很大程度的提高了石榴石型电解质在全固态理电池中的应用前景。但其电导率较传统的液态电解质还是相对偏低,如何提高电导率是LLZO固态电解质能够投入应用的关键。本文以元素掺杂为出发点,进行LLZO掺杂的工艺及机理探究。首先,探究了未掺杂LLZO工艺参数的适配性,预压工艺获得成型良好的电解质片,烧结工艺获得了性能良好的电解质片。探究了坩埚大小对前驱体烧结的影响,前驱体XRD物相分析发现,小坩埚能一定程度上减少锂挥发物的挥发。然后,采用优化的烧结工艺,制备了六组不同...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂离子电池技术
        1.2.1 锂电池的发展简史
        1.2.2 锂离子电池的基本工作原理
        1.2.3 传统锂离子电池电解质材料
    1.3 锂离子无机固态电解质
        1.3.1 Li₃N
        1.3.2 LISICON型
        1.3.3 NASICON型
        1.3.4 钙钛矿型
        1.3.5 Garnet型
        1.3.6 硫化物
    1.4 石榴石型固态电解质
    1.5 LLZO固态电解质的研究现状分析
        1.5.1 锂离子无机固体电解质理论计算
        1.5.2 元素掺杂
        1.5.3 制备方法和工艺优化
    1.6 国内外研究成果简析
    1.7 本文主要研究内容
第2章 试验材料和方法
    2.1 试验仪器和材料
    2.2 LLZO的制备方法
        2.2.1 试验前准备工作
        2.2.2 掺杂LLZO前驱体的制备
        2.2.3 掺杂LLZO块体制备
    2.3 材料的分析方法
        2.3.1 XRD物相分析
        2.3.2 电子显微分析
        2.3.3 理论计算基础
第3章 元素掺杂LLZO制备及分析
    3.1 引言
    3.2 掺杂元素的选择
        3.2.1 尺寸效应
        3.2.2 电负性
        3.2.3 缺陷能
    3.3 Fe元素掺杂LLZO的制备及表征
        3.3.1 无掺杂LLZO工艺探究
        3.3.2 坩埚大小对LLZO前驱体的影响
        3.3.3 Fe元素掺杂LLZO制备及表征
        3.3.4 Li、Zr位 Fe、Ta共掺杂LLZO工艺及性能研究
        3.3.5 Li、La位 Ga、Ba共掺杂LLZO工艺探究及机理
    3.4 本章小结
第4章 LLZO掺杂分子动力学计算
    4.1 引言
    4.2 基于LAMMPS的分子动力学
        4.2.1 模型构建与结构优化
        4.2.2 分子动力学过程与参数选择
    4.3 Fe元素掺杂分子动力学计算结果分析
        4.3.1 晶胞参数变化
        4.3.2 径向分布函数分析
        4.3.3 均方位移与扩散系数
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3776049