掺杂LLZO的制备及与金属锂界面性能的优化
发布时间：2023-04-30 01:19
随着储能行业近年来的快速发展,锂离子电池在电动车行业中具有广泛的应用前景,关于锂电池的应用研究也日渐增多。全固态电解质因其较为可观的离子传导性能和相比现用有机溶液电解质更高的安全性、更长的循环寿命而受到关注,其中LLZO等含锂石榴石型电解质更因其优秀的性能而成为了研究焦点。LLZO目前主要的应用问题之一是其与金属锂电极的接触界面阻抗过高,影响了锂电池整体的内部离子传导性能。本文针对Li-LLZO界面阻抗问题进行了探究,采用了元素掺杂方法对LLZO化学成分进行改进,以达到改善界面阻抗的目的。实验首先通过对在不同烧结温度下获得的LLZO产物的XRD物相分析,确定了最佳烧结温度为1200℃,该温度下的LLZO立方相纯度最高。加入0.2mol%的Al元素可以有效降低烧结温度至1000℃。实验采用了多步变温烧结的固相反应法对样品进行制备,制得了Ta、Nb、Sb和Te四种元素掺杂的LLZO样品,首先通过致密度计算、XRD物相分析、SEM电镜表征、交流阻抗谱测试对样品本身的性能进行分析,然后分别与金属锂组装成Li-LLZO-Li对称电池,并对对称电池进行了交流阻抗测试来分析样品的Li-LLZO界面阻...
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 锂离子电池功能及其发展概述
1.1.1 储能行业发展概述
1.1.2 锂离子电池发展概述
1.1.3 锂离子电池性能的主要影响因素和面临问题
1.2 锂离子电池的电解质分类
1.2.1 (溶液型)液态电解质
1.2.2 离子液体
1.2.3 聚合物电解质
1.2.4 固态电解质
1.2.5 复合材料电解质
1.3 含锂石榴石型电解质的制备工艺
1.3.1 固相反应法
1.3.2 湿化学法
1.3.3 单晶生长法
1.3.4 薄膜制备法
1.3.5 喷雾热解法(NSP)
1.3.6 静电纺丝技术
1.4 含锂石榴石型电解质的性能影响因素
1.4.1 含锂石榴石的微观离子传导机制及传导率影响因素
1.4.2 含锂石榴石制备工艺对其性能的影响
1.5 含锂石榴石面临的主要问题与相关研究进展
1.5.1 含锂石榴石电解质面临的主要问题
1.5.2 锂空电池应用
1.5.3 CO2 传感器应用
1.6 本课题的研究内容与意义
第二章 Al掺杂LLZO的制备与分析
2.1 引言
2.2 实验试剂与设备
2.3 实验内容
2.3.1原材料预处理实验
2.3.2 LLZO样品制备实验
2.3.3 Al掺杂LLZO样品制备实验
2.4 实验结果与分析
2.4.1 原料的预处理对原料性质的影响分析
2.4.2 烧结温度对LLZO微观结构的影响分析
2.4.3 Al掺杂对LLZO微观结构的影响分析
2.5 本章小结
第三章 Ta,Nb,Sb,Te掺杂LLZO的制备
3.1 引言
3.2 多步变温烧结固相反应法
3.3 实验试剂与设备
3.4 元素掺杂LLZO的实验内容
3.4.1 实验流程
3.4.2 LLZO前驱体的制备
3.4.3 LLZO电解质样品的制备
3.5 LLZO样品性能测试与表征
3.5.1 LLZO样品离子传导率测试
3.5.2 LLZO样品与金属锂界面电阻测试
3.5.3 样品XRD与 SEM表征
3.6 本章小结
第四章 Ta,Nb,Sb,Te掺杂对LLZO制备,离子传导性能,界面性能的影响分析
4.1 引言
4.2 LLZO掺杂样品的XRD物相分析
4.3 LLZO掺杂样品的致密度与SEM表征分析
4.4 LLZO掺杂样品的离子传导率对比
4.5 LLZO掺杂样品与金属锂间的界面阻抗对比
4.6 同一掺杂元素LLZO在不同温度下的界面阻抗
4.7 本章小结
第五章 PEO-LLZTaO与金属Li的界面研究
5.1 引言
5.2 实验试剂与设备
5.3 实验内容
5.3.1 LLZTaO样品的制备
5.3.2 LLZTaO样品的电导率测试
5.3.3 PEO-LLZTaO电解质膜片样品的制备
5.4 实验结果与分析
5.4.1 LLZTaO样品XRD与 SEM表征
5.4.2 LLZTaO样品电学性能测试结果与分析
5.4.3 PEO-LLZTaO复合电解质电池电学性能测试结果与分析
5.5 本章小结
第六章 实验结论与课题展望
6.1 实验结论
6.2 实验结果的指导意义
6.3 课题展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
本文编号：3806128
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 锂离子电池功能及其发展概述
1.1.1 储能行业发展概述
1.1.2 锂离子电池发展概述
1.1.3 锂离子电池性能的主要影响因素和面临问题
1.2 锂离子电池的电解质分类
1.2.1 (溶液型)液态电解质
1.2.2 离子液体
1.2.3 聚合物电解质
1.2.4 固态电解质
1.2.5 复合材料电解质
1.3 含锂石榴石型电解质的制备工艺
1.3.1 固相反应法
1.3.2 湿化学法
1.3.3 单晶生长法
1.3.4 薄膜制备法
1.3.5 喷雾热解法(NSP)
1.3.6 静电纺丝技术
1.4 含锂石榴石型电解质的性能影响因素
1.4.1 含锂石榴石的微观离子传导机制及传导率影响因素
1.4.2 含锂石榴石制备工艺对其性能的影响
1.5 含锂石榴石面临的主要问题与相关研究进展
1.5.1 含锂石榴石电解质面临的主要问题
1.5.2 锂空电池应用
1.5.3 CO2 传感器应用
1.6 本课题的研究内容与意义
第二章 Al掺杂LLZO的制备与分析
2.1 引言
2.2 实验试剂与设备
2.3 实验内容
2.3.1原材料预处理实验
2.3.2 LLZO样品制备实验
2.3.3 Al掺杂LLZO样品制备实验
2.4 实验结果与分析
2.4.1 原料的预处理对原料性质的影响分析
2.4.2 烧结温度对LLZO微观结构的影响分析
2.4.3 Al掺杂对LLZO微观结构的影响分析
2.5 本章小结
第三章 Ta,Nb,Sb,Te掺杂LLZO的制备
3.1 引言
3.2 多步变温烧结固相反应法
3.3 实验试剂与设备
3.4 元素掺杂LLZO的实验内容
3.4.1 实验流程
3.4.2 LLZO前驱体的制备
3.4.3 LLZO电解质样品的制备
3.5 LLZO样品性能测试与表征
3.5.1 LLZO样品离子传导率测试
3.5.2 LLZO样品与金属锂界面电阻测试
3.5.3 样品XRD与 SEM表征
3.6 本章小结
第四章 Ta,Nb,Sb,Te掺杂对LLZO制备,离子传导性能,界面性能的影响分析
4.1 引言
4.2 LLZO掺杂样品的XRD物相分析
4.3 LLZO掺杂样品的致密度与SEM表征分析
4.4 LLZO掺杂样品的离子传导率对比
4.5 LLZO掺杂样品与金属锂间的界面阻抗对比
4.6 同一掺杂元素LLZO在不同温度下的界面阻抗
4.7 本章小结
第五章 PEO-LLZTaO与金属Li的界面研究
5.1 引言
5.2 实验试剂与设备
5.3 实验内容
5.3.1 LLZTaO样品的制备
5.3.2 LLZTaO样品的电导率测试
5.3.3 PEO-LLZTaO电解质膜片样品的制备
5.4 实验结果与分析
5.4.1 LLZTaO样品XRD与 SEM表征
5.4.2 LLZTaO样品电学性能测试结果与分析
5.4.3 PEO-LLZTaO复合电解质电池电学性能测试结果与分析
5.5 本章小结
第六章 实验结论与课题展望
6.1 实验结论
6.2 实验结果的指导意义
6.3 课题展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
本文编号：3806128
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