目前鋰離子固體電解質(zhì)受到了越來越多的關(guān)注和研究,有望應(yīng)用于新型全固態(tài)鋰電池中。鋰離子固體電解質(zhì)包括很多種,其中石榴石型Li₇La₃Zr₂O₁₂固體電解質(zhì)憑借對(duì)金屬鋰以及空氣的良好穩(wěn)定性,成為當(dāng)前最具有應(yīng)用潛力的固體電解質(zhì)之一。在LLZO眾多的摻雜體系中,鎵摻雜的鋰鑭鋯氧（Ga-LLZO）展現(xiàn)出最優(yōu)異的鋰離子電導(dǎo)率,室溫下可超過1×10^-3 S cm^-1。然而通過常規(guī)燒結(jié)制備的Ga-LLZO總是伴隨著雜相以及晶粒異常生長(zhǎng)等問題,并使得電解質(zhì)的力學(xué)和電化學(xué)性能不盡如人意。因此,本論文圍繞Ga-LLZO,重點(diǎn)對(duì)該電解質(zhì)制備以及應(yīng)用方面存在的問題進(jìn)行了研究,主要的研究結(jié)論如下所示:（1）鋰源過量比例對(duì)Ga-LLZO性能的影響。由于高溫?zé)Y(jié)過程中存在氧化鋰的揮發(fā),因此電解質(zhì)在制備時(shí)往往需要加入過量的鋰源來彌補(bǔ)鋰損失。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),鋰過量5%的Ga-LLZO存在嚴(yán)重的LiGaO₂雜質(zhì)偏析以及晶粒的過分生。而通過減少鋰過量,Ga-LLZO電解質(zhì)的電導(dǎo)率... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

不同鋰離子電解質(zhì)的電導(dǎo)率對(duì)比

導(dǎo)率可達(dá)到 104S/cm，因此聚合物電解質(zhì)往往需要在高于室溫的條定工作。同時(shí)由于聚合物電解質(zhì)中陰陽離子均可發(fā)生遷移，使其離子接近 1。聚合物電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是柔軟、密度低，延展性好，同時(shí)其電足夠?qū)挘虼嗽诨瘜W(xué)電源領(lǐng)域的發(fā)展較為迅速[45]。鑭鋯氧電解質(zhì)的研究進(jìn)展 LLZO 電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)解析鋰鑭鋯氧電解質(zhì)屬于無機(jī)固體電解質(zhì)中石榴石體系里的一種，典型化3Zr2O12。室溫下 LLZO 為四方相結(jié)構(gòu)，高溫下變?yōu)榱⒎较嘟Y(jié)構(gòu)，其度在 750 °C 左右[46]。LLZO 四方相的空間群為 I41/acd（no.142），立群為 Ia-3d（no.230），當(dāng) LLZO 從四方相變?yōu)榱⒎较嗪螅渚О?c 軸b 兩軸收縮至與 c 軸相同的長(zhǎng)度。其立方相下的晶胞常數(shù) a=13.0035

鋰離子傾向于占據(jù)所有的八面體空隙和三分之一的四面體空隙，而在立方相結(jié)構(gòu)中鋰離子在四面體空隙（24d）與八面體空隙（96h）中無序排列。LLZO 中鋰離子的傳導(dǎo)是通過鋰離子在四面體與八面體空隙間的遷移來實(shí)現(xiàn)，由于在四方相中鋰離子間距較大，使得這種遷移較為困難；而相比之下立方相的間距較小，鋰離子遷移也就容易很多[49-54]。因此在相同溫度下，立方相的 LLZO 要比四方相的鋰離子電導(dǎo)率高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，室溫可達(dá) 104S/cm。1.2.2 LLZO 電解質(zhì)的摻雜改性前面提到 LLZO 在室溫下為四方相結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)離子電導(dǎo)率偏低，而獲取立方相 LLZO 結(jié)構(gòu)可以通過高價(jià)陽離子摻雜實(shí)現(xiàn)。LLZO 從四方相轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较嗟年P(guān)鍵在于能否緩和晶胞空隙位置中鋰離子之間的排斥力，通過高價(jià)陽離子摻雜在 LLZO 晶格中引入鋰空位可顯著緩和這種排斥力；因此也就可以將LLZO 在低溫下穩(wěn)定為立方相結(jié)構(gòu)[55]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3297336