硫化物固体电解质及全固态电池性能的研究

发布时间：2017-08-21 07:09

  本文关键词：硫化物固体电解质及全固态电池性能的研究

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【摘要】：全固态锂离子电池因为具有高安全性、循环寿命长、充放电效率高、耐高温性能好、组装简单易规模化等一系列优点,成为国内外的研究重点,并且拥有着广泛的应用前景。目前硫化物全固态锂离子电池面临的主要问题是:1、原料硫化锂要求纯度高、制备工艺复杂、价格昂贵;2、硫系Li2S-P2S5固体电解质制备工艺有待优化,锂离子电导率有待提高,界面阻抗较大,且与正极材料、负极材料直接兼容性差,甚至有副反应发生,进而降低了全固态锂离子电池的能量密度;3、正极材料与固体电解质之间存在较大的界面阻抗,在反应过程中存在元素的相互扩散,破坏了固体电解质和正极材料的结构,导致充放电效率下降,放电容量降低,循环稳定性差。本文通过共沉淀的方法制备了高纯度的硫化锂,通过高能机械球磨法制备了具有较高锂离子电导率的70Li2S-30P2S5,同时对钴酸锂正极材料进行了表面修饰,组装了全固态锂离子二次电池。采用X射线衍射、紫外光谱、红外光谱、差示扫描量热法、交流阻抗、循环伏安、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、恒电流充放电等测试手段对制备的硫化锂、固体电解质及组装的全固态电池性能进行了表征。实验结果显示:(1)通过共沉淀法制备硫化锂的过程主要经过S8→S82-→S62-→S42-→S32-→S22-→S2-的变化,过程中无其他副反应发生,经过后期离心洗涤、高温热处理(300℃),得到了较高纯度的硫化锂。(2)通过高能机械球磨60小时制备得到玻璃态固体电解质70Li2S-30P2S5,球磨时间为60小时,并且经过280℃热处理后可得到具有较高离子电导率的微晶玻璃态固体电解质。(3)通过溶胶-凝胶法在钴酸锂表面包覆了Nb2O5、Ti O2、Zr O2,包覆量在5 wt%左右。包覆后显著提高了全固态电池的放电容量和放电平台电压,常温下最大放电比容量可达112.7 m Ah/g,经过10圈循环后的容量保持率为75.6%,100℃下最大放电比容量可达138 m Ah/g,经过30圈循环后的容量保持率为91.3%,都显著高于未包覆的钴酸锂。
【关键词】：硫化锂 固体电解质 钴酸锂 表面包覆 全固态电池
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM910
【目录】：

• 摘要5
• ABSTRACT5-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义11
• 1.2 固体电解质11-18
• 1.2.1 晶态固体电解质14-15
• 1.2.2 玻璃态固体电解质15-16
• 1.2.3 微晶态固体电解质16-18
• 1.3 全固态电池18-22
• 1.3.1 正极材料在全固态电池中的应用20-22
• 1.3.2 电极/电解质界面22
• 1.4 硫化锂的制备22-23
• 1.5 本文的主要研究内容23-25
• 第2章 实验设计与表征方法25-35
• 2.1 实验试剂和仪器25-27
• 2.1.1 实验试剂25-26
• 2.1.2 实验仪器26-27
• 2.2 实验方案27-31
• 2.2.1 硫化锂的制备27-28
• 2.2.2 固体电解质的制备28
• 2.2.3 正极材料的表面修饰28-30
• 2.2.4 全固态电池的组装30-31
• 2.3 材料的物理化学性能的表征31-35
• 2.3.1 X射线衍射分析31
• 2.3.2 红外光谱分析31
• 2.3.3 紫外光谱分析31-32
• 2.3.4 差示扫描量热分析32
• 2.3.5 扫描电子显微镜分析32
• 2.3.6 透射电子显微镜分析（Transmission Electron Microscopy, TEM）32-33
• 2.3.7 交流阻抗测试33
• 2.3.8 循环伏安测试（Cyclic Voltammetry, CV）33
• 2.3.9 恒电流充放电测试33-35
• 第3章 硫化锂的制备与表征35-47
• 3.1 引言35
• 3.2 方案一实验结果与分析35-41
• 3.2.1 实验现象35-36
• 3.2.2 紫外光谱测试36-37
• 3.2.3 差示扫描量热测试37-38
• 3.2.4 XRD表征38-39
• 3.2.5 红外光谱测试39-40
• 3.2.6 SEM分析40-41
• 3.3 方案二实验结果与分析41-45
• 3.3.1 实验现象41
• 3.3.2 紫外光谱测试41-42
• 3.3.3 差示扫描量热测试42-43
• 3.3.4 XRD表征43-44
• 3.3.5 红外光谱测试44-45
• 3.3.6 SEM分析45
• 3.4 本章小结45-47
• 第4章 固体电解质的制备与表征47-56
• 4.1 引言47
• 4.2 实验结果与分析47-55
• 4.2.1 XRD分析47-48
• 4.2.2 固体电解质DSC分析48-49
• 4.2.3 固体电解质离子电导率分析49-54
• 4.2.4 循环伏安测试54-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第5章 全固态电池组装与测试56-66
• 5.1 引言56
• 5.2 正极材料表面修饰56-60
• 5.2.1 XRD表征56-57
• 5.2.2 SEM表征57-58
• 5.2.3 EDS表征58-60
• 5.2.4 TEM表征60
• 5.3 组装全固态锂离子电池60-61
• 5.3.1 制备固体电解质60-61
• 5.3.2 组装全固态电池61
• 5.4 常温下电化学性能测试61-63
• 5.4.1 全固态电池充放电性能61-62
• 5.4.2 全固态电池循环性能62-63
• 5.5 加热下电化学性能测试63-64
• 5.5.1 全固态电池充放电性能63-64
• 5.5.2 全固态电池循环性能64
• 5.6 本章小结64-66
• 结论66-67
• 参考文献67-73
• 致谢73-74
• 作者简介74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 郑洪河;曲群婷;刘云伟;徐仲榆;;无机固体电解质用于锂及锂离子电池研究进展——Ⅰ锂陶瓷电解质[J];电源技术;2007年05期

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本文编号：711499