摻雜型無機固態(tài)電解質(zhì)用于半固態(tài)鋰硫電池中的研究.pdf

1、鋰硫電池是最熱的儲能設(shè)備之一，然而，該電池充放電過程中的中間產(chǎn)物多硫化物極易溶解在常用的有機電解液中，并在正負極之間遷移，降低了活性物質(zhì)硫的利用率和電池的循環(huán)穩(wěn)定性，成了其實際應(yīng)用的瓶頸。本論文提出將能傳導(dǎo)鋰離子而抑制多硫化物通過的固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)用在鋰硫電池中，從而達到提高活性物質(zhì)的利用率和循環(huán)性能的目的。
　　NASICON結(jié)構(gòu)的Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3(LATP)，鋰離子電導(dǎo)率較高、穩(wěn)定性好，是目前最有前景的固

2、態(tài)電解質(zhì)之一。溶膠凝膠法是制備LATP的常用方法之一，因其產(chǎn)品純度高，成分均勻的特點倍受青睞，但這種方法耗時長，過程復(fù)雜。為了提高制備效率，我們使用改善的溶膠凝膠法制備出 Zr4+摻雜的固態(tài)電解質(zhì)Li1.4Al0.4ZrxTi1.6-x(PO4)3(LAZTP)和 Si4+摻雜的固態(tài)電解質(zhì)Li1.4+yAl0.4Ti1.6SiyP3-yO12(LATSP)，研究了Zr4+和Si4+對固態(tài)電解質(zhì)結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)率的影響。結(jié)果顯示：用Zr4+部分

3、取代LATP中的Ti4+，隨著Zr4+組分的增加，電解質(zhì)LAZTP的鋰離子電導(dǎo)率先增加后降低，在x=0.1時有最大的室溫體電導(dǎo)率和總電導(dǎo)率，分別為1.41×10-3 S/cm和2.81×10-3 S/cm；用Si4+取代LATP中的P5+，隨著硅組分的增大，電解質(zhì)LATSP的鋰離子電導(dǎo)率慢慢減小。
　　固態(tài)電解質(zhì)硬度大、且不能直接與金屬鋰接觸，為此我們提出一種新型的半固態(tài)鋰硫電池結(jié)構(gòu)。該電池以旋涂在固態(tài)電解質(zhì) LAZTP表面上的硫

4、碳復(fù)合物做正極材料，在正極材料表面噴金作為集流體，以金屬鋰為負極，固態(tài)電解質(zhì) LAZTP和金屬鋰之間用一片浸泡了有機電解液的聚丙烯隔膜隔開。該半固態(tài)電池在1-4V以100 mA/g的電流密度充放電，第一次的放電比容量是1405 mAh/g，第50次的是1276 mAh/g。和液態(tài)電池相比，該半固態(tài)電池的性能得到了明顯的改善。
　　為了降低成本，我們提出第二種半固態(tài)結(jié)構(gòu)的鋰硫電池，該電池中，硫碳復(fù)合物被涂敷在鋁箔上作為正極，固態(tài)電解

5、質(zhì)放在正極和鋰負極之間，在固態(tài)電解質(zhì)LAZTP兩面各放一片浸泡了有機電解液的聚丙烯隔膜用來減小接觸電阻。該半固態(tài)電池在50 mA/g的電流密度下第一次的放電比容量是1387 mAh/g，第40次的是1360 mAh/g。即使是在200 mA/g的電流密度下，80個循環(huán)后電池的放電比容量還能穩(wěn)定在810 mAh/g。用浸泡了有機電解液的LAZTP替換LAZTP和正極那邊的隔膜可以進一步簡化半固態(tài)電池的結(jié)構(gòu)，簡化的半固態(tài)鋰硫電池在200 m