【摘要】：具有NASICON結構的固態(tài)鋰離子導體Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3有著機械強度大、水熱穩(wěn)定性好、離子電導率高、原料易得的優(yōu)勢,有望用于下一代具有高能量密度的儲能設備-全固態(tài)鋰離子電池中。本文通過多種平行試驗和對比實驗,并通過多項技術表征系統(tǒng)地研究了固態(tài)鋰離子導體LATP的制備工藝與改性手段。首先,分別以固相法、溶膠凝膠法、溶液法和水熱合成法四種工藝合成了LATP鋰離子導體。通過致密度測試、XRD測試、交流阻抗和直流伏安測試研究了不同制備工藝對LATP鋰離子導體電化學性能的影響,發(fā)現(xiàn)水熱法合成的LATP電化學性能最好。其次,保持制備工藝不變,分別以NH_4H_2PO_4和H_3PO_4為P源制備LATP鋰離子導體。通過致密度測試、XRD測試、粒度分布測試、交流阻抗測試、離子活化能測試等分別研究了不同P源對LATP的前驅體溶液、水熱合成產(chǎn)物、前驅體粉末以及燒結片性能的影響。結果表明H_3PO_4更容易與其余原料發(fā)生反應,制備的LATP鋰離子導體性能更好,經(jīng)900℃燒結6小時的樣品具有最高的離子電導率為4.33×10~(-4) S/cm。隨后,首次將介孔SBA-15摻雜入LATP鋰離子導體中。通過固相法和溶膠凝膠法分別合成了摻有不同百分比的介孔SBA-15的LATP鋰離子導體。通過密度測試、XRD、SEM、TEM、交流阻抗等研究了不同摻雜量的SBA-15對LATP電化學性能的影響。兩種制備工藝的實驗結果均表明,適當?shù)膿诫s量的SBA-15可以改善晶粒尺寸,提高總電導率并降低活化能,并且發(fā)現(xiàn)兩種方法的最佳摻雜量均為3wt%。其總離子電導率分別為2.83×10~(-4) S/cm和4.42×10~(-4) S/cm,是未摻雜的兩倍左右,總離子電導率的提高主要來源于晶界電導率的提高。最后以溶膠-凝膠法做了LATP鋰離子導體摻雜SiO_2的對比實驗以深入分析介孔SBA-15對LATP的摻雜機理,結果表明SBA-15對LATP的摻雜使其電導率提高的主要原因是SBA-15規(guī)則的孔道結構對晶粒的納米限定作用。
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM912
【圖文】：

2 全固態(tài)鋰離子電池鋰離子電池從結構上可以簡單分為正極材料、負極材料和電解質三個部材料全部采用固態(tài)材料設計的鋰電池為全固態(tài)鋰離子電池[6,7]。目前，鋰池常見的正極材料有鈷酸鋰（LiCoO2）、磷酸鐵鋰（LiFePO4）、三元鋰等材料的研究與技術已較為成熟；負極材料多使用可嵌入鋰離子的石墨，目鋰離子電池負極材料也在不斷開發(fā)中，如硅負極材料，鋰金屬材料、鈦Li4Ti5O12）等負極材料[8-10]。鋰離子電池的工作原理如圖 1 所示，放電時氧化反應，從陽極通過電介質轉移到陰極，存儲在陰極的多孔結構中，充電電場的作用下，鋰離子從陰極又轉移到陽極，在石墨層中被還原成鋰。正料決定著鋰離子電池的能量密度，但鋰離子電解質的研發(fā)也是提升鋰離子能的關鍵因素。傳統(tǒng)的鋰離子電池的電解質為電解液，因過度充電、內(nèi)部異常時電解液會發(fā)熱，有自燃甚至爆炸的危險。除了安全問題以外，其工范圍較窄、很多情況下不適用，鋰離子遷移數(shù)較低，電解液容易與負極材反應，影響電池性能[11]。

華北電力大學碩士學位論文機晶態(tài)電解質質在組成成分上可以分為氧化物電解質（如鋰離子電解質）和硫化物電解質（如 Li2S-P2S于氧對鋰的束縛作用較弱，因此硫化物電解S/cm 以上）。然而硫化物電解質在水和空氣不穩(wěn)定，在較大電流通過時仍有被鋰晶枝刺1-23]。因此，在安全性能，機械性能和制備工勢。以下介紹幾種主要的氧化物電解質。

相的 LLZO 通常比四方相的鋰離子電導率要高出兩O 的晶體結構[28,29]。立方結構的 LLZO 實際上是一種鋰離子無序存在的O 是穩(wěn)定相，因此許多研究致力于將立方 LLZO 于穩(wěn)究表明 Al 對 Li 的替代可以使立方 LLZO 在室溫下Cr3+也有類似的作用[30,31]。實際上此類物質的摻雜一，促進四方相向立方相的轉化，另一方面在 LLZO 陶有著類似燒結助劑的作用，使電解質更加致密化。，可以降低鋰離子濃度，理論上也會增加更多的鋰 既是一種非常穩(wěn)定的元素，而且對 Zr 的取代也不會和任耀宇[33]等分別用固相法制備出來 Li6.75La3Zr1.75子電導率分別為 8.70×10-4S/cm 和 9.28×10-4S/cm。電導率高，而且對 Li 金屬性質穩(wěn)定，被認為是制備前在組裝全固態(tài)鋰電池的研究中得到廣泛的應用。然是，制備出具有高電導率的導體較為困難，對水分

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 劉君;盤毅;鄭春滿;;液相法制備鋰離子電池用鈦酸鋰負極材料的研究進展[J];材料導報;2012年03期

2 莊全超;徐守冬;邱祥云;崔永麗;方亮;孫世剛;;鋰離子電池的電化學阻抗譜分析[J];化學進展;2010年06期

3 南策文;含分散第二相的離子導體導電理論[J];物理學報;1987年02期

4 陳立泉,趙宗源,王剛,李子榮;分散的第二相粒子對LiCl電導率的影響[J];科學通報;1981年02期

本文編號：2766466