基于无机快离子导体LATP的复合电解质的制备及性能研究
发布时间：2021-11-06 07:02
用于锂离子电池的常规液体电解质通常有不可逆的分解和安全问题,固态电解质被认为是改进锂离子电池能量密度和安全性的关键。将聚合物电解质和无机固体电解质结合被认为是一种获得高性能固体复合电解质的可行策略。有机-无机复合电解质通常由聚合物基体、无机惰性陶瓷填料或陶瓷快离子导体组成,它们可以结合聚合物和无机电解质的优点,具有出色的机械性能、高离子电导率和良好的界面稳定性。本文选用了具有NASICON结构的无机固体电解质Li1+xAlxTi2-x（PO4）3为研究对象,以溶胶凝胶法成功的合成了Li1+xAlxTi2-x（PO4）3,并将其掺入到PVDF/PMMA和PVDF/TPU聚合物基体中,成功制备了复合电解质,并且对其进行相关测试,选出了最佳的合成条件。结果如下:1. 采用一种溶胶凝胶法合成了无机固体电解质Li1+xAlxTi
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理示意图
基于无机快离子导体LATP的复合电解质的制备及性能研究5阻增大。(3)需要一定的装置保护电路，避免过充过放。图1.2圆柱型、方型和纽扣型锂离子电池结构组成示意图1.2.4当前锂离子电池面临的挑战随着电动汽车运输和可再生能源储存市场的发展，人们对锂离子电池储能容量和重量能量密度的要求不断提高。然而，在现阶段，正极材料的容量很难提高。因此，科学家们正试图寻找新的高电压正极材料来提高能量密度。在负极材料方面，尽管硅和锡由于其高容量被认为是很有前途的负极材料，但它们的体积膨胀(300%)会导致电极结构坍塌和容量快速衰减。电解液中锂盐的阳离子和阴离子都能携带电流，但Li+的存在更加的重要，而Li+在普通电解液中的比例仅为0.2~0.4左右。另外，电解液的可工作温度范围很窄，商业化的LIBs只能在-20~50℃范围内提供额定容量和功率。安全性能方面，电解液在电池短路时容易着火爆炸。此外，成本、放电/充电率和循环寿命也是阻碍LIBs发展的问题。1.3锂离子电池固体电解质概述近200年来，液态电解质一直是科学家对电解质系统研究的重心[23]。这要得益于它众多的优势，如导电性优异以及界面润湿性好等。然而，稳定性和安全性能差
基于无机快离子导体LATP的复合电解质的制备及性能研究7图1.3固态电解质电池的关键发展历史[28]1.3.1无机固体电解质无机固体电解质种类繁多，现在正在开发实际应用的主要有硫化物型电解质、钙钛矿型电解质、NASICON型电解质、石榴石型电解质等。Li3xLa2/3-xTiO3是具有代表性的钙钛矿型电解质，其在室温下的锂离子电导率超过10-3Scm-1。虽然这种材料吸引了科学家们极大兴趣，但是该材料与金属Li负极接触时，Ti4+会被还原而减少，所以该电解质材料被认为是不适合应用在锂电池上的。NASICON型化合物最早于20世纪60年代左右被研究，1976年在Na1+xZr2SixP3-xO12被开发后，NASICON这一名词随之诞生[53]。这些材料通常以AM2(PO4)3为公式，其中A位由Li、Na或K占据。M位通常由Ge、Zr或Ti占据[59]。科学家们对LiTi2(PO4)3体系进行了更深次的研究。LiZr2(PO4)3自身的离子导电率很低，但我们可以通过Hf或Sn的取代来提高其离子电导率[60-61]。Al取代的Li1+xMxTi2-x(PO4)3型电解质的离子导电率被认为是最高的[62-64]。此外，Li1+xAlxGe2-x(PO4)3体系也吸引着科学家的目光，这是因为它电化学窗口很高[65-66]。石榴石型电解质的通式一般为A3B2Si3O12，A阳离子是八倍配位，B阳离子是六倍配位。科学家们开始对石榴石型材料进行探索源自于1969年，他们首次发现了Li3M2Ln3O12(M=W、Te)这一材料，之后Li5La3M2O12(M=Nb或者Ta)、立方系的Li7La3Zr2O12等材料也陆续被开发出来[67-69]。另外值得一提的是，Li6.5La3Zr1.75Te0.25O12能够在室温下表现出很高的电导率1.02×10-3Scm-1[70]。Li2S-SiS2型电解质开始吸引科学家的目光要追?
【参考文献】：
博士论文
[1]固态锂电池复合型聚合物电解质研究[D]. 陈龙.北京科技大学 2019
硕士论文
[1]PVDF和PVDF/PMMA电解质膜的制备及改性研究[D]. 陈爱雨.沈阳理工大学 2015
[2]新型高性能电纺TPU/PVDF凝胶聚合物电解质制备与研究[D]. 吴娜.湘潭大学 2012
[3]锂离子电池用PVDF/PMMA电纺膜的制备及电化学性能研究[D]. 李晓云.湘潭大学 2011
本文编号：3479402
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理示意图
基于无机快离子导体LATP的复合电解质的制备及性能研究5阻增大。(3)需要一定的装置保护电路，避免过充过放。图1.2圆柱型、方型和纽扣型锂离子电池结构组成示意图1.2.4当前锂离子电池面临的挑战随着电动汽车运输和可再生能源储存市场的发展，人们对锂离子电池储能容量和重量能量密度的要求不断提高。然而，在现阶段，正极材料的容量很难提高。因此，科学家们正试图寻找新的高电压正极材料来提高能量密度。在负极材料方面，尽管硅和锡由于其高容量被认为是很有前途的负极材料，但它们的体积膨胀(300%)会导致电极结构坍塌和容量快速衰减。电解液中锂盐的阳离子和阴离子都能携带电流，但Li+的存在更加的重要，而Li+在普通电解液中的比例仅为0.2~0.4左右。另外，电解液的可工作温度范围很窄，商业化的LIBs只能在-20~50℃范围内提供额定容量和功率。安全性能方面，电解液在电池短路时容易着火爆炸。此外，成本、放电/充电率和循环寿命也是阻碍LIBs发展的问题。1.3锂离子电池固体电解质概述近200年来，液态电解质一直是科学家对电解质系统研究的重心[23]。这要得益于它众多的优势，如导电性优异以及界面润湿性好等。然而，稳定性和安全性能差
基于无机快离子导体LATP的复合电解质的制备及性能研究7图1.3固态电解质电池的关键发展历史[28]1.3.1无机固体电解质无机固体电解质种类繁多，现在正在开发实际应用的主要有硫化物型电解质、钙钛矿型电解质、NASICON型电解质、石榴石型电解质等。Li3xLa2/3-xTiO3是具有代表性的钙钛矿型电解质，其在室温下的锂离子电导率超过10-3Scm-1。虽然这种材料吸引了科学家们极大兴趣，但是该材料与金属Li负极接触时，Ti4+会被还原而减少，所以该电解质材料被认为是不适合应用在锂电池上的。NASICON型化合物最早于20世纪60年代左右被研究，1976年在Na1+xZr2SixP3-xO12被开发后，NASICON这一名词随之诞生[53]。这些材料通常以AM2(PO4)3为公式，其中A位由Li、Na或K占据。M位通常由Ge、Zr或Ti占据[59]。科学家们对LiTi2(PO4)3体系进行了更深次的研究。LiZr2(PO4)3自身的离子导电率很低，但我们可以通过Hf或Sn的取代来提高其离子电导率[60-61]。Al取代的Li1+xMxTi2-x(PO4)3型电解质的离子导电率被认为是最高的[62-64]。此外，Li1+xAlxGe2-x(PO4)3体系也吸引着科学家的目光，这是因为它电化学窗口很高[65-66]。石榴石型电解质的通式一般为A3B2Si3O12，A阳离子是八倍配位，B阳离子是六倍配位。科学家们开始对石榴石型材料进行探索源自于1969年，他们首次发现了Li3M2Ln3O12(M=W、Te)这一材料，之后Li5La3M2O12(M=Nb或者Ta)、立方系的Li7La3Zr2O12等材料也陆续被开发出来[67-69]。另外值得一提的是，Li6.5La3Zr1.75Te0.25O12能够在室温下表现出很高的电导率1.02×10-3Scm-1[70]。Li2S-SiS2型电解质开始吸引科学家的目光要追?
【参考文献】：
博士论文
[1]固态锂电池复合型聚合物电解质研究[D]. 陈龙.北京科技大学 2019
硕士论文
[1]PVDF和PVDF/PMMA电解质膜的制备及改性研究[D]. 陈爱雨.沈阳理工大学 2015
[2]新型高性能电纺TPU/PVDF凝胶聚合物电解质制备与研究[D]. 吴娜.湘潭大学 2012
[3]锂离子电池用PVDF/PMMA电纺膜的制备及电化学性能研究[D]. 李晓云.湘潭大学 2011
本文编号：3479402
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