铜钡共掺杂锂镧锆氧固体电解质的研制

发布时间：2023-06-13 20:32

　　有机液体电解质在一定条件下会发生泄漏并燃烧,存在一定的安全隐患。用无机固体电解质来代替有机液体电解质,可以提升电池的安全性。石榴石型固体电解质具有较高的锂离子电导率,而且具有宽电压窗口。在众多的石榴石型电解质中,Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)石榴石型电解质尤其引人注意,通过适当的掺杂后其离子电导率能达到较高的水平。本文通过高温固相法制备了 Li_7.03-2xCu_xLa_2.97Ba_0.03Zr₂O₍12_0≤x≤0.5和Li_6.3+yCu_0.35La_3-yBa_yZr₂O₁₂(0≤y≤0.05)固体电解质。研究了固体电解质的掺杂Cu含量、Ba含量、锂盐种类、锂盐含量、预烧温度和烧结温度的制备工艺及其在空气中的稳定性。使...

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂离子电池
    1.3 固态锂离子电池
    1.4 固体电解质
        1.4.1 Li₃N型固体电解质
        1.4.2 LiPON型电解质
        1.4.3 LISICON型电解质
        1.4.4 硫化物型电解质
        1.4.5 NASICON型固体电解质
        1.4.6 钙钛矿型固体电解质
        1.4.7 石榴石型固体电解质
    1.5 课题来源
    1.6 研究目的与研究内容
2 实验部分
    2.1 实验药品及实验仪器
    2.2 Cu,Ba掺杂Li₇La₃Zr₂O₁₂固体电解质的制备
        2.2.1 Cu,Ba掺杂Li₇La₃Zr₂O₁₂固体电解质制备工艺图
        2.2.2 高温固相法制备Cu,Ba掺杂的Li₇La₃Zr₂O₁₂固体电解质
    2.3 固态电池的组装
        2.3.1 电极的制备
        2.3.2 电池的组装
    2.4 表征方法
        2.4.1 X射线衍射(XRD)
        2.4.2 扫描电镜(SEM)
        2.4.3 X射线光电子能谱分析(XPS)
        2.4.4 交流阻抗(EIS)
        2.4.5 蓝电电池测试系统(LAND电池测试系统)
3 Cu,Ba共掺杂Li₇La₃Zr₂O₁₂固体电解质的制备及表征
    3.1 Cu含量对Li_7.03-2xCu_xLa_2.97Ba_0.03Zr₂O₁₂的性能影响
        3.1.1 Cu含量对Li_7.03-2xCu_xLa_2.97Ba_0.03Zr₂O₁₂晶体结构的影响
        3.1.2 Cu含量对Li_7.03-2xCu_xLa_2.97Ba_0.03Zr₂O₁₂形貌的影响
        3.1.3 Cu含量对Li_7.03-2xCu_xLa_2.97Ba_0.03Zr₂O₁₂相对致密度和收缩率的影响
        3.1.4 Cu含量对Li_7.03-2xCu_xLa_2.97Ba_0.03Zr₂O₁₂离子电导率的影响
    3.2 Ba含量对Li_6.3+yCu_0.35La_3-yBa_yZr₂O₁₂的性能影响
        3.2.1 Ba含量对Li_6.3+yCu_0.35La_3-yBa_yZr₂O₁₂晶体结构的影响
        3.2.2 Ba含量对Li_6.3+yCu_0.35La_3-yBa_yZr₂O₁₂形貌的影响
        3.2.3 Ba含量对Li_6.3+yCu_0.35La_3-yBa_yZr₂O₁₂致密度和收缩率的影响
        3.2.4 Ba含量对Li_6.3+yCu_0.35La_3-yBa_yZr₂O₁₂锂离子电导率的影响
    3.3 锂盐种类对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的性能影响
        3.3.1 锂盐种类对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的形貌的影响
        3.3.2 锂盐种类对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的致密度和收缩率的影响
        3.3.3 锂盐种类对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的锂离子电导率的影响
    3.4 锂盐含量对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的性能影响
        3.4.1 锂盐含量对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的形貌的影响
        3.4.2 锂盐含量对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的相对致密度和收缩率的影响
        3.4.3 锂盐含量对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的锂离子电导率的影响
    3.5 预烧温度对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的性能影响
        3.5.1 预烧温度对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的形貌的影响
        3.5.2 预烧温度对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的致密度和收缩率的影响
        3.5.3 预烧温度对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的锂离子电导率的影响
    3.6 烧结温度对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的性能影响
        3.6.1 烧结温度对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的形貌的影响
        3.6.2 烧结温度对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的致密度和收缩率的影响
        3.6.3 烧结温度对Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的锂离子电导率的影响
    3.7 Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂中Cu的化合价态
    3.8 Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的化学组成
    3.9 Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的激活能
    3.10 Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的稳性
    3.11 Li_6.33Cu_0.35La_2.97Ba(0.03)Zr₂O₁₂的光学照片
    3.12 本章小结
4 固态电池的组装及性能测试
    4.1 C|LCLBZO|Li电池的性能测试
        4.1.1 C|LCLBZO|Li电池的恒电流充放电测试
        4.1.2 循环后固体电解质的光学照片
    4.2 LFP|LCLBZO|Li电池的性能测试
        4.2.1 LFP|LCLBZO|Li电池的恒电流充放电测试
        4.2.2 循环后固体电解质的光学照片
    4.3 LCO|LCLBZO|Li电池的性能测试
        4.3.1 LCO|LCLBZO|Li电池的恒电流充放电测试
        4.3.2 循环后固体电解质的光学照片
    4.4 NCM532|LCLBZO|Li电池的性能测试
        4.4.1 NCM532|LCLBZO|Li电池的恒电流充放电测试
        4.4.2 循环后固体电解质的光学照片
    4.5 NCM811|LCLBZO|Li电池的性能测试
        4.5.1 NCM811|LCLBZO|Li电池的恒电流充放电测试
        4.5.2 循环后固体电解质的光学照片
    4.6 本章小结
5 结论与展望
参考文献
致谢



本文编号：3833244