基于锂镧锆钽氧聚合物复合固态电解质的制备和优化研究

发布时间：2020-05-28 16:38

【摘要】：如今,锂离子电池在电动交通工具,储能等应用领域已经拥有了一席之地,但是绝大多数商用电池为液态锂离子电池。尤其在电动汽车行业,液态锂离子电池的安全性一直受到研究者们的关注。如今比较主流的解决方案是将液态锂离子电池中的液态电解质替换为固态电解质。在诸多的固态电解质中,石榴石晶体结构的锂镧锆钽氧(Li_(6.75)La_3Zr_(1.75)Ta_(0.25)O_(12),LLZTO)有着优秀的电化学稳定性和离子电导率,而其与聚偏氟乙烯((poly(vinylidene fluoride),PVDF)复合组成的复合聚合物固态电解质则是近年来的研究热点和推动固态锂离子电池产业化的重要一环。现阶段文献报道所制备的LLZTO都是实验室小批量制作,LLZTO的大批量生产工艺仍然需要在实验室制备的基础上进行进一步研究,而LLZTO与PVDF在N-甲级吡咯烷酮溶液中混合后会发生凝胶变色的现象,在工业生产中会造成大量的原料与成本浪费,也会影响LLZTO与PVDF所组成的聚合物复合固态电解质的成膜性、离子电导率和电池的电化学性能。因此本文的工作主要围绕大批量LLZTO粉体的制备和改性以及解决LLZTO与PVDF浆料凝胶变色两方面展开,通过固相烧结法制备Al掺杂与Ta掺杂的LLZTO粉体,并对粉体的烧结制度,锂源选择,锂源过量程度方面进行系统性的对比研究,制备出了杂质含量更少,更纯净的LLZTO。基于LLZTO粉体与PVDF浆料反应凝胶变色的问题,对LLZTO粉体进行改性处理,通过对粘结剂进行替换、对LLZTO粉体进行偶联剂包覆以及对LLZTO粉体进行无水乙醇离心洗涤这三个方面进行改性。并将改性前后的LLZTO粉体运用到复合聚合物固态电解质膜的制备与固态锂离子电池的制备中。探究LLZTO粉体改性对LLZTO陶瓷片离子电导率的影响、对复合聚合物固体电解质膜的成膜性和离子电导率的影响以及对固态锂离子电池的电化学性能方面的影响。结果表明对LLZTO粉体进行偶联剂包覆、粘结剂替换以及对LLZTO进行无水乙醇离心洗涤确实可以解决LLZTO粉体与PVDF浆料凝胶变色的问题,并且改善复合聚合物固态电解质膜的成膜性。但是偶联剂包覆会降低固态电解质膜的离子电导率,并不适合运用到固态锂离子电池的制备中去。粘结剂的替换虽然不会降低固态电解质膜的离子电导率,但是会影响电池的电化学性能。而无水乙醇离心洗涤则可以提高LLZTO与固态电解质膜的离子电导率,并提升固态锂离子电池的电化学性能。
【图文】：

锂离子电池结构

NASICON晶体
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM912

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 邱振平;张英杰;夏书标;董鹏;;无机全固态锂离子电池界面性能研究进展[J];化学学报;2015年10期

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本文编号：2685523