【摘要】：傳統(tǒng)鋰離子電池的電解質(zhì)通常采用液態(tài)電解液,但液態(tài)電解液存在易泄露、易燃、易爆等安全問(wèn)題,固體電解質(zhì)可以解決液態(tài)電解液所帶來(lái)的一系列問(wèn)題而備受關(guān)注。石榴石型固體電解質(zhì)具有電化學(xué)穩(wěn)定性好、電化學(xué)窗口寬、與金屬鋰接觸穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),是固體電解質(zhì)材料的較優(yōu)選擇,但是它的離子電導(dǎo)率較低且立方相結(jié)構(gòu)不易獲取。本文通過(guò)不同離子替換的方法來(lái)制備高電導(dǎo)率的立方相石榴石型固體電解質(zhì)材料。采用同價(jià)Ge4+取代Zr4+制備了 Li7La3Zr2-xGexO12(x=0-0.4)石榴石型電解質(zhì)材料。研究表明:此材料為立方相石榴石型結(jié)構(gòu),少量Ge4+會(huì)進(jìn)入Li+位置產(chǎn)生較多的Li+空位,Ge4+的取代也可以促進(jìn)晶粒生長(zhǎng)并且提高材料的致密度。當(dāng)x=0.3時(shí),Li7La3Zr1.7Ge0.3O12在室溫下的離子電導(dǎo)率可達(dá)4.78×10-4S/cm,并且在-20℃～-60℃范圍內(nèi)的活化能僅為0.29eV。Li7La3Zr1.7Ge0.3O12電解質(zhì)材料具有較寬的電化學(xué)窗口,與負(fù)極鋰金屬接觸穩(wěn)定,應(yīng)用其組裝的電池在電流密度為0.1C進(jìn)行充放電循環(huán)20次后放電容量仍然保持在140.6mA g-1。通過(guò)高價(jià)Bi5+取代Sn4+制備了 Li7-xLa3Sn2-xBix012(x=0-1.0)石榴石型電解質(zhì)材料。研究表明:通過(guò)較低燒結(jié)溫度(750℃)可以獲得室溫立方相結(jié)構(gòu)的Li6.25La3Sn1.25Bi0.75O12,增長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間有利于晶粒的生長(zhǎng),從而獲得高電導(dǎo)率的電解質(zhì)材料。隨著B(niǎo)i5++濃度的增大,材料的結(jié)構(gòu)由四方相變?yōu)榱⒎较?當(dāng)x=0.25時(shí)為四方相和立方相的混合相,當(dāng)0.5≤x≤1.0為純的立方相石榴石型結(jié)構(gòu)。此外,當(dāng)x=0.75時(shí),Li6.25La3Sn1.25Bi0.75O12具有較高的離子電導(dǎo)率和低的活化能,在60℃時(shí)其離子電導(dǎo)率可達(dá)2.25×10-4S/cm,并且在-20℃～60℃范圍的活化能為0.55eV。此材料具有低的電子電導(dǎo)率,是良好的離子導(dǎo)體。通過(guò)高溫固相法制備了 Li7La3Zr2-xSnx012(x=0-1.0)陶瓷電解質(zhì)材料。研究表明:1180℃燒結(jié)的樣品具有高的致密度和較高的離子電導(dǎo)率。當(dāng)0.1≤x≤0.5時(shí),Li7La3Zr2-xSnxO12為立方相石榴石型結(jié)構(gòu),并且具有較高的離子電導(dǎo)率,均在10-4數(shù)量級(jí)。當(dāng)x=1時(shí),其結(jié)構(gòu)為四方相和立方相混合的石榴石型結(jié)構(gòu),離子電導(dǎo)率為1.02×10-5S/cm。樣品的晶界電阻大于晶粒電阻,晶界電阻是阻礙離子傳導(dǎo)的主要原因。此材料具有低的電子電導(dǎo)率,是理想的離子導(dǎo)體,同時(shí)Li7La3ZrSnO12具有寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口。
【圖文】：

大規(guī)模儲(chǔ)能可以消納再生能源發(fā)電并且提高風(fēng)電入網(wǎng)效率，所以開(kāi)發(fā)高效且成本逡逑低的大規(guī)模儲(chǔ)能是能源可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。儲(chǔ)能技術(shù)根據(jù)儲(chǔ)存的介質(zhì)可以分為機(jī)逡逑械類(lèi)儲(chǔ)能、電氣類(lèi)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、化學(xué)類(lèi)儲(chǔ)能和電化學(xué)類(lèi)儲(chǔ)能如圖１－１。電化學(xué)儲(chǔ)能逡逑具有能量密度高、維護(hù)成本低、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，并且是現(xiàn)在大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的主逡逑要發(fā)展方向［７］。鋰離子電池屬于電化學(xué)類(lèi)儲(chǔ)能中的一種，由于鋰離子電池具有比能量逡逑大、工作電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電低、無(wú)記憶和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而備受人們的青逡逑睞。鋰離子電池廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、手機(jī)等便攜式移動(dòng)設(shè)備，也是下一代充電式混合逡逑動(dòng)力車(chē)和電動(dòng)車(chē)的理想之選［８】。逡逑灥類(lèi)逡逑ｓｉｆ夬邐Ｌ逡逑ｎｍｎｍ逡逑ｊＭＭ逡逑伽儲(chǔ)能食ｌ逡逑２ＳＷ邋＼邋技木邐ｉ逡逑．＾邋熱儲(chǔ)能逡逑電化學(xué)類(lèi)邐＇一ｉ逡逑１邋＾相娜和觸逡逑圖１－１儲(chǔ)能技術(shù)的分類(lèi)逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｓｔｏｒａｇｅ邋ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ逡逑１逡逑

們紛紛致力于新一代商用鋰離子電池及相關(guān)材料的研宄。逡逑１．２．１鋰離子電池的工作原理逡逑圖１－２為鋰離子電池的充放電原理圖，鋰離子電池主要是由正極、負(fù)極和電解質(zhì)逡逑構(gòu)成，正極材料通常采用金屬氧化物（鈷酸鋰，錳酸鋰和磷酸鐵鋰等）［１２“５］，負(fù)極材逡逑料一般采用石墨等［１６—１９】，電解質(zhì)材料一般采用含有鋰鹽的有機(jī)碳酸酯［２Ｇ＿２４］。當(dāng)鋰離子逡逑電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極產(chǎn)生鋰離子，鋰離子經(jīng)過(guò)電解質(zhì)運(yùn)動(dòng)到負(fù)極，負(fù)極一般逡逑為層狀結(jié)構(gòu)的碳材料，并且具有很多的微孔，鋰離子到達(dá)負(fù)極會(huì)嵌入碳材料的微孔之＇逡逑中，嵌入的鋰離子數(shù)量越多，充電的容量就會(huì)越高。放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極中脫出，逡逑通過(guò)電解質(zhì)回到正極，，回到正極的鋰離子數(shù)量越多則放電的容量越高，通常所說(shuō)的電逡逑池容量一般指放電容量。逡逑＾邋＼邋／邋ｅ－—逡逑？邋￣＠逡逑＿邋１枈ｉ逡逑（Ｕ！邋ｍｉ逡逑Ａｎｏｄｅ邐Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ邐Ｃａｔｈｏｄｅ逡逑（ｇｒａｐｈｉｔｅ）邐（ＬｉＣｏ０２）逡逑、邐邐邐邐邐邐－邋邐邐邐Ｊ逡逑圖１－２鋰離子電池充放電工作原理圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM912

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉麗露;戚興國(guó);邵元駿;潘都;白瑩;胡勇勝;李泓;陳立泉;;鈉離子固體電解質(zhì)材料研究進(jìn)展[J];儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù);2017年05期

2 史明;周會(huì)珠;戴磊;李躍華;王嶺;;陽(yáng)離子固體電解質(zhì)的研究進(jìn)展[J];唐山師范學(xué)院學(xué)報(bào);2016年02期

3 張碩;;傳說(shuō)中的2016電池技術(shù)突破[J];經(jīng)營(yíng)者(汽車(chē)商業(yè)評(píng)論);2017年01期

4 周矗;李合琴;喬愷;張靜;唐瓊;;鋰離子固體電解質(zhì)的研究進(jìn)展與產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀[J];新材料產(chǎn)業(yè);2014年03期

5 王紅勤;王太斌;楊健;馮濤;夏金峰;楊修春;;表面粗糙度對(duì)氧化鋯固體電解質(zhì)電性能的影響[J];中國(guó)陶瓷;2013年02期

6 陳梅;;日本開(kāi)發(fā)出高電導(dǎo)率固體電解質(zhì)材料[J];電源技術(shù);2011年10期

7 王海霞,蔣凱,鄭立慶,楊林,孟健,任玉芳,蘇鏘;摻雜鎵酸鑭基固體電解質(zhì)的研究進(jìn)展[J];中國(guó)稀土學(xué)報(bào);2003年06期

8 寧宏;有機(jī)固體電解質(zhì)鋁電解電容器[J];電子質(zhì)量;2001年06期

9 趙瑩歆,劉昌炎;一種新型固體電解質(zhì)的導(dǎo)電性的研究[J];電化學(xué);1999年01期

10 黃克勤，夏玉華，吳衛(wèi)江，劉慶國(guó);用于測(cè)定鋼液低氧含量的雙層固體電解質(zhì)研究[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);1994年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 許曉雄;姚霞銀;陳少杰;劉高瞻;姚麗麗;;高電導(dǎo)硫化物固體電解質(zhì)材料及應(yīng)用研究[A];2017年鋰硫電池前沿學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要文集[C];2017年

2 王嶺;;固體電解質(zhì)基高溫電化學(xué)氣體傳感器[A];中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)固態(tài)離子學(xué)分會(huì)理事會(huì)暨第一屆固態(tài)離子學(xué)青年學(xué)術(shù)交流會(huì)文集[C];2011年

3 邱志軍;陳萬(wàn)超;陳曉添;許曉雄;;全固態(tài)鋰電池用硫化物固體電解質(zhì)[A];中國(guó)固態(tài)離子學(xué)暨電池材料青年學(xué)術(shù)論壇——論文摘要集[C];2013年

4 趙芳;龔江宏;李英;;ZrO_2-CaF_2-Y_2O_3系固體電解質(zhì)材料研究[A];中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)2003年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2003年

5 楊固長(zhǎng);崔益秀;;鋰離子無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)及在電池中的應(yīng)用[A];第十三次全國(guó)電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

6 郭向欣;趙寧;李憶秋;;固體電解質(zhì)與固態(tài)二次鋰電池[A];第三屆全國(guó)儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)大會(huì)摘要集[C];2016年

7 張隆;楊坤;;高性能硫族化物固體電解質(zhì)的制備與性能研究[A];第31屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2015年

8 查少武;高建峰;陳西林;彭定坤;孟廣耀;;鎵酸鑭基固體電解質(zhì)的凝膠澆注法制備及其電化學(xué)性能研究[A];2000年材料科學(xué)與工程新進(jìn)展（上）——2000年中國(guó)材料研討會(huì)論文集[C];2000年

9 王世偉;馬建麗;;顯微結(jié)構(gòu)對(duì)氧化鋯固體電解質(zhì)氧敏性能的影響[A];《硅酸鹽學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊50周年暨中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2007年

10 劉興江;吳學(xué)領(lǐng);王春花;宗海;桑林;;采用固體電解質(zhì)的鋰電池[A];第31屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2015年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 記者 毛黎;美首次開(kāi)發(fā)出納米固體電解質(zhì)[N];科技日?qǐng)?bào);2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 凌仕剛;固體電解質(zhì)及固態(tài)鋰電池基礎(chǔ)與應(yīng)用研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所);2017年

2 賀明輝;石榴石型固體電解質(zhì)的性能優(yōu)化及其固態(tài)電池界面改性研究[D];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);2018年

3 陳騁;基于石榴石型固體電解質(zhì)的全固態(tài)薄膜鋰電池研究[D];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);2018年

4 嚴(yán)旭豐;超薄鋰鑭鋯氧固體電解質(zhì)薄膜的制備與應(yīng)用[D];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);2018年

5 吳木生;固體電解質(zhì)材料Li_3OCl的基本物理特性及離子輸運(yùn)動(dòng)力學(xué)研究[D];江西師范大學(xué);2018年

6 劉麗露;鈉離子固體電解質(zhì)及固態(tài)鈉電池研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所);2018年

7 孟慶森;固體電解質(zhì)陶瓷（玻璃）與金屬的場(chǎng)致擴(kuò)散連接結(jié)合機(jī)理研究[D];西安交通大學(xué);2002年

8 韓元山;LaF_3固體電解質(zhì)的制備及在氣體傳感器上的應(yīng)用[D];東北大學(xué);2004年

9 劉大凡;新型含氟磺酰亞胺鋰鹽聚合物固體電解質(zhì)研究[D];華中科技大學(xué);2005年

10 梁廣川;燃料電池中溫固體電解質(zhì)材料研究[D];天津大學(xué);2000年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 吳金澤;固體電解質(zhì)界面及相結(jié)構(gòu)的核磁共振研究[D];華東師范大學(xué);2018年

2 張光明;Li_7La_3Zr_2O_(12)型固態(tài)電解質(zhì)的制備及空氣穩(wěn)定性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

3 董立山;Fe-Al-O熔體中氧元素遷移的電化學(xué)研究[D];遼寧科技大學(xué);2018年

4 史茂雷;助熔劑B_2O_3增強(qiáng)型LATP固體電解質(zhì)的制備和性能研究[D];河北大學(xué);2018年

5 胡智超;新型鋰離子陶瓷電解質(zhì)的制備及其相關(guān)應(yīng)用研究[D];華南理工大學(xué);2018年

6 劉明珠;鋰電池用新型聚硅氧烷基固體電解質(zhì)的制備及其性能研究[D];浙江大學(xué);2018年

7 胡書(shū)喬;石榴石型固體電解質(zhì)的制備、結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能研究[D];北京化工大學(xué);2018年

8 楊甜甜;銻系雙摻雜石榴石型鋯酸鑭鋰固體電解質(zhì)的制備及性能研究[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2018年

9 楊浩;有機(jī)體系鋰氧電池固體電解質(zhì)的制備與性能研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2017年

10 徐唱;NASICON型LiM_2(PO_4)_3(M=Zr/Hf)固體電解質(zhì)的制備與性能研究[D];江西理工大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2590212