论文部分内容阅读
锂离子电池作为一种新型储能电池,具有能量密度和功率密度较高、环境友好、无记忆效应等优点,在未来的能量储存领域有重要的应用。现有的商用锂离子电池中,主要使用的是有机液态电解质,在高温下容易发生燃烧,同时也存在泄漏的问题,给锂离子电池带来了安全隐患。无机固态电解质是一类新型的锂离子电池电解质材料,其构成主要是无机陶瓷材料。因为无机物的熔沸点较高,并且不可燃,如果能够成功应用,将是解决锂离子电池安全问题的有效途径。
在各类无机固态电解质中,NASICON结构固态电解质由于其电导率高、易于制备等优点,受到了研究者的广泛关注。本文在前人的工作基础上,集中研究了NASICON结构的固态电解质Li1.4Al1.4Ti1.6(PO4)3(LATP)与Li1.5Ai1.5Ge1.5(PO4)3(LAGP),并对PEO-陶瓷复合电解质进行了探索性研究。本论文主要进行了以下几方面工作。
1、分别使用固相法、共沉淀法与PVP溶胶凝胶法制备了LATP陶瓷粉体,通过试验尝试了不同的制备条件并进行了优化,得到了NASICON相的LATP。通过烧结试验优化了LATP陶瓷的制备工艺,烧结后的片体得到了95％以上的烧结致密度。电化学性能测试表明烧结后的LATP陶瓷室温总电导率达1.83×10-4S/cm(固相法)、2.19×10-4S/cm(共沉淀法)与4.03×10-4S/cm(溶胶凝胶法),通过直流极化曲线表征表明其离子迁移数是0.997,为纯离子导体。
2、使用固相法制备了LAGP陶瓷粉体,优化了其制备条件,得到纯NASICON相的LAGP。对烧结工艺进行了优化,烧结后的片体得到了88%的烧结致密度。电化学性能测试表明LAGP的室温总电导率为1.04×10-4S/cm,通过直流极化曲线表征表明其离子迁移数为0.976,循环伏安曲线测试表明在-1～5V范围内LAGP不会与金属Li发生氧化还原反应,具有良好的稳定性。对LATP与LAGP埋烧工艺进行了初步探索。
3、通过流延法制备了PEO-LATP/LAGP复合电解质,并进行了电池的组装与测试。通过表征发现复合电解质膜的厚度仅为20μm,其室温电导率分别达到1.86×10-4S·cm-1(PEO-LATP)与1.11×10-4S·cm-1(PEO-LAGP)。使用LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2为正极材料、金属Li为负极材料时,首次充放电容量可达170mAh/g以上。