锂镧锆氧固态电解质掺杂改性及其界面构造
发布时间：2022-01-20 09:00
传统锂离子电池的有机液体电解质,存在泄漏或火灾等安全隐患,固态锂离子电池有望克服以上缺陷,正成为锂离子电池研究的热点领域。石榴石型结构的Li7La3Zr2O12（LLZO）凭借着较高的室温离子电导率、较好的机械性能、高电化学稳定性和较宽的电化学窗口在众多固态电解质中脱颖而出,受到人们的青睐。然而LLZO金属锂负极及层状氧化物正极材料之间的界面电阻过大等问题严重限制了其商业化。本文针对以上问题做了相关了研究,主要内容及结果如下:（1）Ta掺杂可以改变LLZO固态电解质的电导率及其致密度,当x=0.3时离子电导率最高达3.7×10-4S/cm,相对密度为97%。Ta的含量在x=0.1～0.5的范围内,LLZTO仍然保留了石榴石的晶体结构。Fe掺杂LLZO可以获得立方相的石榴石型固态电解质,锂离子电导率可达6.8×10-55 S/cm,并且可以获得相对密度最高的陶瓷片。Al掺杂LLZO同样可以获得立方相的石榴石固态电解质,在一定程度上加大Al的掺杂量可以提高石榴...
【文章来源】：广州大学广东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池示意图[4]
。锂离子沿c轴迁移。NASICON型固体电解质的电阻由体电阻和晶界电阻两方面构成，一般通过元素替换来改善其电导率。Subramanian[12]把LiZr2(PO4)3中的Zr元素换成Ti，从而增大锂离子传输通道的尺寸，更有利于锂离子的传输因此锂离子电导率得到显著提升。Li1+xAxM2-x(PO4)3(A=Lu，Y，La，Al，Cr，Sc，In；MⅣ=Ti、Ge、Zr）固体电解质的研究表明，用较小原子半径的元素替代M4+位置的元素，如用Al3+替代Zr可获得密度更高的电解质，晶界间距缩小使得晶界阻抗变小[13]。添加煅烧助剂同样可以减少晶界电阻。图1-2NASICON型固体电解质结构示意图[14]Fig.1-2NASICON-typecrystalstructure[14]如Li3BO4、Li3PO4两种烧结助剂的加入可以进入固态电解质的缝隙中，提高固态电解质的密度的同时其颗粒间的离子传递桥梁的作用[15]。到目前为止，NASICON结构的Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3（LATP）在25℃时的Li+电导率可达3×10-3Scm-1。然而LATP对锂不稳定，当LATP和金属锂接触时，Ti4+还原成Ti3+导致NASICON结构瓦解失去离子导电
广州大学硕士学位论文4能力[16]。1.2.2LISICON型固态电解质1978年，Li14Zn(GeO4)4首次出现在公众的视野，其结构被称为LISICON型结构[17]。[Li11Zn(GeO4)4]3-为主要骨架11个锂离子分别分布在LiA、LiB两个位置上，骨架外的3个锂离子的分布规律决定锂离子电导率。具有LISICON结构的固态电解质如Li3.5Zn0.25GeO4和Li3.6Ge0.6V0.4O4等。S代替O的LISICON固态电解质称为thio-LISICON。较大的S2-半径可以拓宽了锂离子传输的通道，且对锂离子的束缚力较小，thio-LISICON型的固态电解质锂离子电导率可达2.17×10-3Scm-1，然而S2-在空气中极容易和水分子反应[18]。图1-3LISICON型固态电解质结构示意图[19]Fig.1-3LISICON-typecrystalstructure[19]1.2.3Li3N固态电解质Li3N具有六方晶系的Li3N是最早被发现的无机固态电解质，其常温离子电导率可达10-3Scm-1[20]。Li3N垂直方向分为两层，一层是Li2N二层是纯锂原子，因此锂原子主要以层间传递，而同一层之中锂原子不容易传输。增加Li2N层的空位可以提高锂离子电导率。然而在为电路电压为0.45V时，Li3N容易分解，因此纯Li3N不能用作固态电解质。把LiI、NaI、KI等物质加入到Li3N可以提高分解电压。
【参考文献】：
期刊论文
[1]固态锂电池研发愿景和策略[J]. 李泓,许晓雄. 储能科学与技术. 2016(05)
博士论文
[1]环糊精/聚氧乙烯碱金属盐固体聚合物电解质的核磁共振研究[D]. 杨凌云.华东师范大学 2016
本文编号：3598543
【文章来源】：广州大学广东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池示意图[4]
。锂离子沿c轴迁移。NASICON型固体电解质的电阻由体电阻和晶界电阻两方面构成，一般通过元素替换来改善其电导率。Subramanian[12]把LiZr2(PO4)3中的Zr元素换成Ti，从而增大锂离子传输通道的尺寸，更有利于锂离子的传输因此锂离子电导率得到显著提升。Li1+xAxM2-x(PO4)3(A=Lu，Y，La，Al，Cr，Sc，In；MⅣ=Ti、Ge、Zr）固体电解质的研究表明，用较小原子半径的元素替代M4+位置的元素，如用Al3+替代Zr可获得密度更高的电解质，晶界间距缩小使得晶界阻抗变小[13]。添加煅烧助剂同样可以减少晶界电阻。图1-2NASICON型固体电解质结构示意图[14]Fig.1-2NASICON-typecrystalstructure[14]如Li3BO4、Li3PO4两种烧结助剂的加入可以进入固态电解质的缝隙中，提高固态电解质的密度的同时其颗粒间的离子传递桥梁的作用[15]。到目前为止，NASICON结构的Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3（LATP）在25℃时的Li+电导率可达3×10-3Scm-1。然而LATP对锂不稳定，当LATP和金属锂接触时，Ti4+还原成Ti3+导致NASICON结构瓦解失去离子导电
广州大学硕士学位论文4能力[16]。1.2.2LISICON型固态电解质1978年，Li14Zn(GeO4)4首次出现在公众的视野，其结构被称为LISICON型结构[17]。[Li11Zn(GeO4)4]3-为主要骨架11个锂离子分别分布在LiA、LiB两个位置上，骨架外的3个锂离子的分布规律决定锂离子电导率。具有LISICON结构的固态电解质如Li3.5Zn0.25GeO4和Li3.6Ge0.6V0.4O4等。S代替O的LISICON固态电解质称为thio-LISICON。较大的S2-半径可以拓宽了锂离子传输的通道，且对锂离子的束缚力较小，thio-LISICON型的固态电解质锂离子电导率可达2.17×10-3Scm-1，然而S2-在空气中极容易和水分子反应[18]。图1-3LISICON型固态电解质结构示意图[19]Fig.1-3LISICON-typecrystalstructure[19]1.2.3Li3N固态电解质Li3N具有六方晶系的Li3N是最早被发现的无机固态电解质，其常温离子电导率可达10-3Scm-1[20]。Li3N垂直方向分为两层，一层是Li2N二层是纯锂原子，因此锂原子主要以层间传递，而同一层之中锂原子不容易传输。增加Li2N层的空位可以提高锂离子电导率。然而在为电路电压为0.45V时，Li3N容易分解，因此纯Li3N不能用作固态电解质。把LiI、NaI、KI等物质加入到Li3N可以提高分解电压。
【参考文献】：
期刊论文
[1]固态锂电池研发愿景和策略[J]. 李泓,许晓雄. 储能科学与技术. 2016(05)
博士论文
[1]环糊精/聚氧乙烯碱金属盐固体聚合物电解质的核磁共振研究[D]. 杨凌云.华东师范大学 2016
本文编号：3598543
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3598543.html
教材专著
