鈣鈦礦結(jié)構(gòu)LLTO基固態(tài)電解質(zhì)和復(fù)合電解質(zhì)的制備及其性能研究
發(fā)布時間：2021-06-22 02:20
傳統(tǒng)的鋰離子電池因使用有機液態(tài)電解質(zhì)而存在鼓包、電解液泄露和爆燃等安全隱患。為解決上述難題,具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、電化學(xué)窗口大、工作溫度范圍寬等優(yōu)點的固態(tài)鋰離子電解質(zhì)成為了目前研究的熱點之一。其中,鈣鈦礦型陶瓷Li0.33La0.557TiO3（LLTO）因具有較高的晶體鋰離子電導(dǎo)率而備受關(guān)注,但由于晶界鋰離子耗盡層的存在,大幅限制了陶瓷塊體的鋰離子電導(dǎo)。另外,氧化物陶瓷型固態(tài)電解質(zhì)雖然有較好的鋰離子電導(dǎo)性能,但其機械性能不理想,且與電極界面接觸性能較差,從而影響電池長周期循環(huán)性能。本文以LLTO陶瓷為研究對象,從陶瓷的燒結(jié)工藝與晶界改性、聚合物復(fù)合改善電解質(zhì)的機械和電化學(xué)性能以及構(gòu)建三維連續(xù)鋰離子快速傳輸通道三個方面展開研究,獲得以下結(jié)論:1.通過Al2O3第二相的引入并結(jié)合先進的放電等離子燒結(jié)（SPS）技術(shù),成功制備了具有低晶界阻抗的LLTO-xAl2O3陶瓷,提升了基體的鋰離子電導(dǎo)率。在LLTO晶界處,Al2O...
【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：84 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
各類儲能器件能量/功率密度對比[6]
浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文2電容器、鋰離子電池、燃料電池等儲能設(shè)備由于其綠色低污染且可重復(fù)利用的優(yōu)點滿足了新時代對能源儲存器件的要求，因而受到了研究者的廣泛關(guān)注[7,8]。在不同的應(yīng)用場景中選擇合適的儲能裝置時，不僅要關(guān)注其在不同工作環(huán)境中的電化學(xué)性能，工作過程中儲能裝置的安全性和穩(wěn)定性也是十分重要的考量。近些年來，具有高能量密度和一定程度安全性的鋰離子電池滿足多數(shù)使用條件下的儲能需求，因此在智能電子產(chǎn)品等領(lǐng)域和動力裝置領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[9-11]。如圖1.1所示，在各類儲能裝置中，鋰離子電池同時兼具了較高的能量密度和良好的功率密度[6]。并且鋰離子還因其擁有工作電壓窗口大、自放電低、循環(huán)使用壽命長和綠色無污染等諸多優(yōu)點，成為儲能研究中的重要方向[12,13]。鋰離子電池的相關(guān)研究，最早可以追溯到二十世紀六、七十年代把鋰金屬和某些鋰合金用作電池負極材料的電池體系研究[14]。1991年，索尼公司第一次提出鋰離子電池和成功將搖椅式電池商業(yè)化，并逐漸占據(jù)移動電源市場，鋰離子電池成為二次電池體系的研究主流[15]�，F(xiàn)有商用鋰離子電池一般由正負電極、有機電解液、隔膜和外殼構(gòu)成。鋰離子電池正極材料一般為含鋰金屬氧化物，現(xiàn)在商用的負極材料一般為石墨。隔膜是一種能將正負電極質(zhì)隔開的特殊高分子膜，它能防止電池內(nèi)部短路。同時，它有微孔方便電解液離子的傳輸。鋰離子電池的電解液一般是LiPF6的碳酸酯溶液�，F(xiàn)在鋰離子電池中電極材料的儲鋰方式主要有嵌入、合金化和化學(xué)反應(yīng)三種方式[16]。圖1.2展現(xiàn)了“搖椅式”鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和其充放電過程如所示。圖1.2鋰離子電池充放電過程示意圖[17]Fig.1.2SchematicdiagramofLi-ionbatterycharginganddischargingprocess
浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文4正極反應(yīng)：LiFePO4Li1-xFePO4＋xLi＋xe-負極反應(yīng)：6C+xLi++xe-LixC6電池反應(yīng)：LiFePO4+6CLi1-xFePO4＋LixC6鋰離子電池由外殼、正極材料、負極材料、隔膜和電解液五部分組成。鋰離子電池正極材料一般為含鋰金屬氧化物，常見的有鈷酸鋰、磷酸亞鐵鋰、錳酸鋰和三元正極材料等。商業(yè)應(yīng)用在鋰電池中的負極材料主要是人造石墨和天然石墨。聚烯烴類隔膜具有優(yōu)異的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，并且成本低廉，因而成為商業(yè)化鋰電池常用的隔膜材料。電池中的電解液一般是以LiPF6的碳酸酯溶液。鋰離子電池外殼主要是具有較大機械強度的鋼殼，其功能是將電極等組件壓緊以保證接觸性能和將電極等材料與空氣隔絕。圖1.3各種形狀和不同化學(xué)組分的電極構(gòu)成的電池[33]。(a)圓柱型，(b)紐扣型，(c)方塊型，(d)薄片型Fig.1.3Abatterycomposedofelectrodesofvariousshapesanddifferentchemicalcompositions.(a)cylindricaltype,(b)buttontype,(c)squaretype,(d)filmtype如圖1.3所示，鋰離子電池根據(jù)外觀和組裝方式不同主要分為四種：圓柱鋰離子電池、扣式鋰離子電池、方塊鋰離子電池和薄片鋰離子電池。
本文編號：3241915
【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：84 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
各類儲能器件能量/功率密度對比[6]
浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文2電容器、鋰離子電池、燃料電池等儲能設(shè)備由于其綠色低污染且可重復(fù)利用的優(yōu)點滿足了新時代對能源儲存器件的要求，因而受到了研究者的廣泛關(guān)注[7,8]。在不同的應(yīng)用場景中選擇合適的儲能裝置時，不僅要關(guān)注其在不同工作環(huán)境中的電化學(xué)性能，工作過程中儲能裝置的安全性和穩(wěn)定性也是十分重要的考量。近些年來，具有高能量密度和一定程度安全性的鋰離子電池滿足多數(shù)使用條件下的儲能需求，因此在智能電子產(chǎn)品等領(lǐng)域和動力裝置領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[9-11]。如圖1.1所示，在各類儲能裝置中，鋰離子電池同時兼具了較高的能量密度和良好的功率密度[6]。并且鋰離子還因其擁有工作電壓窗口大、自放電低、循環(huán)使用壽命長和綠色無污染等諸多優(yōu)點，成為儲能研究中的重要方向[12,13]。鋰離子電池的相關(guān)研究，最早可以追溯到二十世紀六、七十年代把鋰金屬和某些鋰合金用作電池負極材料的電池體系研究[14]。1991年，索尼公司第一次提出鋰離子電池和成功將搖椅式電池商業(yè)化，并逐漸占據(jù)移動電源市場，鋰離子電池成為二次電池體系的研究主流[15]�，F(xiàn)有商用鋰離子電池一般由正負電極、有機電解液、隔膜和外殼構(gòu)成。鋰離子電池正極材料一般為含鋰金屬氧化物，現(xiàn)在商用的負極材料一般為石墨。隔膜是一種能將正負電極質(zhì)隔開的特殊高分子膜，它能防止電池內(nèi)部短路。同時，它有微孔方便電解液離子的傳輸。鋰離子電池的電解液一般是LiPF6的碳酸酯溶液�，F(xiàn)在鋰離子電池中電極材料的儲鋰方式主要有嵌入、合金化和化學(xué)反應(yīng)三種方式[16]。圖1.2展現(xiàn)了“搖椅式”鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和其充放電過程如所示。圖1.2鋰離子電池充放電過程示意圖[17]Fig.1.2SchematicdiagramofLi-ionbatterycharginganddischargingprocess
浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文4正極反應(yīng)：LiFePO4Li1-xFePO4＋xLi＋xe-負極反應(yīng)：6C+xLi++xe-LixC6電池反應(yīng)：LiFePO4+6CLi1-xFePO4＋LixC6鋰離子電池由外殼、正極材料、負極材料、隔膜和電解液五部分組成。鋰離子電池正極材料一般為含鋰金屬氧化物，常見的有鈷酸鋰、磷酸亞鐵鋰、錳酸鋰和三元正極材料等。商業(yè)應(yīng)用在鋰電池中的負極材料主要是人造石墨和天然石墨。聚烯烴類隔膜具有優(yōu)異的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，并且成本低廉，因而成為商業(yè)化鋰電池常用的隔膜材料。電池中的電解液一般是以LiPF6的碳酸酯溶液。鋰離子電池外殼主要是具有較大機械強度的鋼殼，其功能是將電極等組件壓緊以保證接觸性能和將電極等材料與空氣隔絕。圖1.3各種形狀和不同化學(xué)組分的電極構(gòu)成的電池[33]。(a)圓柱型，(b)紐扣型，(c)方塊型，(d)薄片型Fig.1.3Abatterycomposedofelectrodesofvariousshapesanddifferentchemicalcompositions.(a)cylindricaltype,(b)buttontype,(c)squaretype,(d)filmtype如圖1.3所示，鋰離子電池根據(jù)外觀和組裝方式不同主要分為四種：圓柱鋰離子電池、扣式鋰離子電池、方塊鋰離子電池和薄片鋰離子電池。
本文編號：3241915
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