鋰離子電池是目前應用最廣泛的電池,在新能源汽車、手機和筆記本電腦等領域均有廣泛的應用前景。傳統(tǒng)的鋰離子電池采用液態(tài)電解質(zhì)傳輸鋰離子,封裝難度較大,工作時自身發(fā)熱易導致電池內(nèi)部隔膜破壞,電解液泄露后正負極直接接觸燃燒。全固態(tài)鋰離子電池采用固態(tài)電解質(zhì),有效地提高了安全性、能量密度、電池容量和循環(huán)穩(wěn)定性。Li_1.3Al_0.3Ti_1.7（PO₄）3（LATP）是目前已知的具有最高理論離子電導率的固態(tài)電解質(zhì),其值為3 × 10-3S/cm。但由于燒結(jié)時自身的分解反應,LATP樣品中存在雜質(zhì)相和微裂紋,致密度下降,導致離子電導率下降至10-4S/cm。為了解決這一問題,本文通過Monte Carlo法模擬純相LATP晶粒生長過程,分析燒結(jié)過程中LATP的微觀組織變化規(guī)律并依此對其生長做出預測,得到樣品致密度超過理論閾值96.7%的燒結(jié)工藝參數(shù)。為了進一步提高LATP的性能,通過添加助燒劑改善LATP樣品的微觀組織結(jié)構(gòu),分析燒結(jié)助劑對微觀組織結(jié)構(gòu)變化的影響,根據(jù)試驗結(jié)果確定最佳的燒結(jié)工藝參數(shù)。采用經(jīng)典Monte ... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

全固態(tài)與傳統(tǒng)鋰二次電池對比圖[13]

第1章緒論-3-16]。全固態(tài)鋰離子電池的正極一般由活性物質(zhì)、導電劑和固體電解質(zhì)組成的復合結(jié)構(gòu)。放電過程中鋰離子從正極中脫出，經(jīng)過固體電解質(zhì)傳輸并與負極活性物質(zhì)發(fā)生反應，嵌入負極中，隨著鋰離子的傳輸，外電路中發(fā)生電子的定向轉(zhuǎn)移，從而形成電流。充電過程中Li+的傳輸過程與放電時相反。因此鋰離子電池的導電原理為鋰離子在正負極間的反復脫嵌和嵌入導致電池中電能和化學能發(fā)生互相轉(zhuǎn)換。以常見的LiCoO2/Li電池為例，其充放電反應式如下[12]：(1.1)由上述全固態(tài)鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和工作原理可知，為了制備高性能的鋰離子二次電池，我們需要選擇合適的正負極材料以得到盡可能高的正負極電勢差。正極除了需要較高的平臺電壓外，還需保證Li+在正極內(nèi)部嵌入和脫出時正極材料的結(jié)構(gòu)具有盡量高的穩(wěn)定性，防止正極結(jié)構(gòu)變形影響Li+的脫出和嵌入，從而影響電池容量。負極材料需要具有盡量低的電位以方便Li+的嵌入，從而具有更長的循環(huán)壽命。圖1-2全固態(tài)鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖[16]從上文中我們已經(jīng)知道全固態(tài)鋰離子電池的正負極材料選擇對于電池性能的提高具有很大的影響，下文簡單介紹正負極材料的選擇[17-19]。正極：正極材料是目前全固態(tài)鋰電池研究的最大熱點，這是由于相較于負極材料，正極材料的成本對全固態(tài)鋰電池的整體成本影響最大，商業(yè)應用價值最高，因此目前國家和各個公司對于鋰電池研究的投入均以正極材料為主。目前市場上傳統(tǒng)的應用最為廣泛正極材料還是以LiCoO2及其改性材料為主，但

第1章緒論-7-圖1-3LiFePO4/PEO/Li全固態(tài)電池循環(huán)性能測試圖Shin等人[28]采用相似的思路對PEO基聚合物電解質(zhì)進行改性，向PEO基聚合物中添加二氧化鈦和LiCF3SO3進行摻雜，通過改變TiO2的含量調(diào)節(jié)PEO基聚合物電解質(zhì)的性能，最終改變LiFePO4/PEO/Li全固態(tài)電池的性能。TiO2可以明顯減少聚合物的結(jié)晶，從而減少界面電阻，提高電池性能。如圖1-4所示，隨著TiO2含量的升高，全固態(tài)電池的容量變化較小，但循環(huán)性能得到大大提升，當TiO2含量為15wt%時，其循環(huán)性能相較于原始對照組提高了25%。圖1-4LiFePO4/PEO/Li全固態(tài)電池電化學性能測試圖無機固態(tài)電解質(zhì)主要分為以下五種[30,34,35]：首先是Li3N型電解質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。該類型電解質(zhì)是最早被開發(fā)出來的無機固態(tài)電解質(zhì)，目前已被發(fā)展為Li2S型電解質(zhì)。其優(yōu)點為離子電


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