基于NASICON型Li 1+x Al x Ti 2-x （PO 4 ） 3 复合电解质的制备及电化学性能研究
发布时间：2020-12-03 22:53
电解质的选择决定了电池的工作机理,并影响电池的比能量、安全性、循环性能、充放电性能、储存性能和成本。无机固体电解质在很大程度上提高了锂离子电池的安全性。但是室温下离子电导率不高,可以通过优化、改性、掺杂或与聚合物复合等方式来提高无机固体电解质的室温离子电导率,特别是将无机固态电解质填充到聚合物基体中制备复合聚合物电解质已成为近年来研究的焦点。要制备出电化学性能优异的复合电解质,首先要选择合适的无机快离子导体材料。通常情况下,结构稳定、致密度高、热稳定性好、室温离子电导率高的无机快离子导体是科研工作者首选的材料。NASICON型无机固态电解质由于AO6八面体和P04四面体共同构成的三维网络骨架[A2P3O12]的立方体结构较稳定,具有锂离子传输容易、致密度和热稳定性好、室温离子电导率高等诸多优点而备受青睐。另外,聚合物基体的选择也尤为重要。一般具有结晶度低、介电常数高、热稳定性好和机械强度大等特点的聚合物是制备复合电解质理想的基体骨架。其中,聚偏氟乙烯（PVDF）与聚丙烯腈（PAN）因介电常数高、电化学稳定性好、疏水性强及热稳定性好等优点,受到人们的高度关注。本文以简单溶液法制备无机快离...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１锂离子电池工作原理示意图??在充电时，从正极材料１＾〇＞０２的结构中脱出的Ｌｉ＋和电解液中的Ｌｉ＋经电解质向??
ＬｉＣｏＯｊ?！?Ｃａｒｉｂｏｎ??图１．１锂离子电池工作原理示意图??在充电时，从正极材料１＾〇＞０２的结构中脱出的Ｌｉ＋和电解液中的Ｌｉ＋经电解质向??负极聚集，在负极上得到电子，被还原成Ｌｉ嵌入到负极石墨中。此时，负极处于富??锂状态，正极处于贫锂状态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保证负??极的电荷平衡，并且在该过程中，电能以化学能的方式储存起来；放电时则相反，??嵌入在负极石墨中的Ｌｉ失去电子，从生成的ＬｉＣ６化合物的结构层中脱嵌经过电解质??嵌入到正极，此时正极处于富锂状态，负极则处于贫锂状态，在这一过程中化学能??则以电能的形式释放出来。在整个充放电过程中，锂离子在层状结构的碳材料和层??状结构氧化物的层间嵌入和脱出
这种固态电解质具有非常好的钠离子传导性。??在?１９６８?年，ＮＡＳＩＣＯＮ（Ｎａ?ｓｕｐｅｒ?ｉｏｎｉｃ?ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）化合物的晶体结构?ＮａＡ＾?（Ｐ〇４）３??（八？为Ｇｅ、Ｔｉ和Ｚｒ）得到了表征正如图１．３所示％１：该结构可以描述为由Ａ０６??八面体和Ｐ〇４四面体共同构成的共价键三维网络骨架［Ａ２Ｐ３０１２］的四面体结构。每??个Ａ０６八面体连接着六个Ｐ０４四面体，每个Ｐ０４四面体连接着四个Ａ０６八面体。在??这种结构下形成了三维互联通道和两种间隙位置导电阳离子通过通道??在叫和Ｍ２之间扩散传输，其中传输瓶颈的大小由两种不同位置（Ｍｉ和Ｍ２）的骨??架离子性质和浓度决定［８７］。所以，不同框架组成的ＮＡＳＩＣＯＮ型化合物的结构和电??性能各不相同。例如，在化合物通式Ｌｉ?Ａ＇ＩＶ２－Ｘ?Ａ”ＸＩＶ?（Ｐ０４）３中，晶胞参数ａ和ｃ与Ａ’１Ｖ??和Ａ”ＩＶ的阳离子大小有关，最常见的固体电解质是ＬｉＧｅ２（Ｐ０４）３和ＵＴｉ２（Ｐ０４）３型结构。??Ａｏｎｏ等人［８８］指出，用三价阳离子（Ａｌ，?Ｃｒ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｓｃ，Ｉｎ，?Ｌｕ，Ｙ，或Ｌａ）来部??分取代八面体结构中Ｔｉ４＋的位置，可以有效的提高Ｌｉ＋的电导率。在ＮＡＳＩＣＯＮ结构??的电解质中
【参考文献】：
期刊论文
[1]全固态锂电池关键材料—固态电解质研究进展[J]. 陈龙,池上森,董源,李丹,张博晨,范丽珍. 硅酸盐学报. 2018(01)
[2]无机固体电解质材料的基础与应用研究[J]. 黄祯,杨菁,陈晓添,陶益成,刘登,高超,龙鹏,许晓雄. 储能科学与技术. 2015(01)
[3]全固态薄膜锂电池研究进展和产业化展望[J]. 陈牧,颜悦,刘伟明,周辰,郭志强,张晓锋,望咏林,厉蕾,张官理. 航空材料学报. 2014(06)
[4]锂离子电池基础科学问题(X)——全固态锂离子电池[J]. 张舒,王少飞,凌仕刚,高健,吴娇杨,肖睿娟,李泓,陈立泉. 储能科学与技术. 2014(04)
[5]锂离子电池PEO-LATP/LAGP陶瓷复合电解质膜的制备与性能表征[J]. 黄乐之,温兆银,靳俊,刘宇. 无机材料学报. 2012(03)
[6]锂离子电池电解液的研究进展[J]. 吴萌,栾和林,姚文. 矿冶. 2004(03)
[7]用PAN作造孔剂制备聚合物锂离子电池隔膜[J]. 任旭梅,吴锋. 电池. 2002(S1)
博士论文
[1]基于静电纺纤维的先进锂离子电池隔膜材料的研究[D]. 梁银峥.东华大学 2011
[2]聚丙烯腈纤维结构及其形成过程的研究[D]. 王启芬.山东大学 2010
硕士论文
[1]固体电解质Li1.4Al0.4Ti1.6（PO4）3的制备及性能研究[D]. 贾迎宾.华中科技大学 2014
[2]聚丙烯腈基炭—炭复合膜的制备及结构表征[D]. 邱英华.大连理工大学 2005
本文编号：2896596
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１锂离子电池工作原理示意图??在充电时，从正极材料１＾〇＞０２的结构中脱出的Ｌｉ＋和电解液中的Ｌｉ＋经电解质向??
ＬｉＣｏＯｊ?！?Ｃａｒｉｂｏｎ??图１．１锂离子电池工作原理示意图??在充电时，从正极材料１＾〇＞０２的结构中脱出的Ｌｉ＋和电解液中的Ｌｉ＋经电解质向??负极聚集，在负极上得到电子，被还原成Ｌｉ嵌入到负极石墨中。此时，负极处于富??锂状态，正极处于贫锂状态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保证负??极的电荷平衡，并且在该过程中，电能以化学能的方式储存起来；放电时则相反，??嵌入在负极石墨中的Ｌｉ失去电子，从生成的ＬｉＣ６化合物的结构层中脱嵌经过电解质??嵌入到正极，此时正极处于富锂状态，负极则处于贫锂状态，在这一过程中化学能??则以电能的形式释放出来。在整个充放电过程中，锂离子在层状结构的碳材料和层??状结构氧化物的层间嵌入和脱出
这种固态电解质具有非常好的钠离子传导性。??在?１９６８?年，ＮＡＳＩＣＯＮ（Ｎａ?ｓｕｐｅｒ?ｉｏｎｉｃ?ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）化合物的晶体结构?ＮａＡ＾?（Ｐ〇４）３??（八？为Ｇｅ、Ｔｉ和Ｚｒ）得到了表征正如图１．３所示％１：该结构可以描述为由Ａ０６??八面体和Ｐ〇４四面体共同构成的共价键三维网络骨架［Ａ２Ｐ３０１２］的四面体结构。每??个Ａ０６八面体连接着六个Ｐ０４四面体，每个Ｐ０４四面体连接着四个Ａ０６八面体。在??这种结构下形成了三维互联通道和两种间隙位置导电阳离子通过通道??在叫和Ｍ２之间扩散传输，其中传输瓶颈的大小由两种不同位置（Ｍｉ和Ｍ２）的骨??架离子性质和浓度决定［８７］。所以，不同框架组成的ＮＡＳＩＣＯＮ型化合物的结构和电??性能各不相同。例如，在化合物通式Ｌｉ?Ａ＇ＩＶ２－Ｘ?Ａ”ＸＩＶ?（Ｐ０４）３中，晶胞参数ａ和ｃ与Ａ’１Ｖ??和Ａ”ＩＶ的阳离子大小有关，最常见的固体电解质是ＬｉＧｅ２（Ｐ０４）３和ＵＴｉ２（Ｐ０４）３型结构。??Ａｏｎｏ等人［８８］指出，用三价阳离子（Ａｌ，?Ｃｒ，Ｇａ，Ｆｅ，Ｓｃ，Ｉｎ，?Ｌｕ，Ｙ，或Ｌａ）来部??分取代八面体结构中Ｔｉ４＋的位置，可以有效的提高Ｌｉ＋的电导率。在ＮＡＳＩＣＯＮ结构??的电解质中
【参考文献】：
期刊论文
[1]全固态锂电池关键材料—固态电解质研究进展[J]. 陈龙,池上森,董源,李丹,张博晨,范丽珍. 硅酸盐学报. 2018(01)
[2]无机固体电解质材料的基础与应用研究[J]. 黄祯,杨菁,陈晓添,陶益成,刘登,高超,龙鹏,许晓雄. 储能科学与技术. 2015(01)
[3]全固态薄膜锂电池研究进展和产业化展望[J]. 陈牧,颜悦,刘伟明,周辰,郭志强,张晓锋,望咏林,厉蕾,张官理. 航空材料学报. 2014(06)
[4]锂离子电池基础科学问题(X)——全固态锂离子电池[J]. 张舒,王少飞,凌仕刚,高健,吴娇杨,肖睿娟,李泓,陈立泉. 储能科学与技术. 2014(04)
[5]锂离子电池PEO-LATP/LAGP陶瓷复合电解质膜的制备与性能表征[J]. 黄乐之,温兆银,靳俊,刘宇. 无机材料学报. 2012(03)
[6]锂离子电池电解液的研究进展[J]. 吴萌,栾和林,姚文. 矿冶. 2004(03)
[7]用PAN作造孔剂制备聚合物锂离子电池隔膜[J]. 任旭梅,吴锋. 电池. 2002(S1)
博士论文
[1]基于静电纺纤维的先进锂离子电池隔膜材料的研究[D]. 梁银峥.东华大学 2011
[2]聚丙烯腈纤维结构及其形成过程的研究[D]. 王启芬.山东大学 2010
硕士论文
[1]固体电解质Li1.4Al0.4Ti1.6（PO4）3的制备及性能研究[D]. 贾迎宾.华中科技大学 2014
[2]聚丙烯腈基炭—炭复合膜的制备及结构表征[D]. 邱英华.大连理工大学 2005
本文编号：2896596
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