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文檔簡介
1、全固態(tài)電池具有安全性高、環(huán)境友好、具有更高的能量密度等優(yōu)點。而研究全固態(tài)電池的關(guān)鍵是研究固體電解質(zhì),全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)應(yīng)該具有較高的離子電導(dǎo)率、較寬的電化學(xué)窗口、良好的穩(wěn)定性。綜合而言,與諸如聚合物固體電解質(zhì)以及NASION型固體電解質(zhì)等相比,Li7La3Zr2O12(LLZO)材料在合成控制、穩(wěn)定性提升以及電導(dǎo)率提高等方面具有很大的發(fā)展前景,是一種更具有優(yōu)勢的固體電解質(zhì)材料。因此本課題探究了LLZO材料的合成工藝,改進并優(yōu)化了合成
2、條件,對LLZO材料的物理化學(xué)性質(zhì)進行探究。隨后對LLZO材料進一步進行摻雜,以便提高離子電導(dǎo)率,最后把固體電解質(zhì)裝成電池,探究電化學(xué)性能。
本實驗采用固相合成法合成LLZO材料,控制球磨過程中的球磨時間以及改變壓片過程中的壓力,探究這二者對LLZO合成材料的影響。SEM圖和交流阻抗表明在球磨時間為12h,壓片壓力為26MPa的條件下制備的前驅(qū)體顆粒均勻且致密。在控制材料燒結(jié)過程中的燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間,設(shè)置了不同的溫度和時間探
3、究。結(jié)果表明,在950℃時燒結(jié)出來的固體電解質(zhì)LLZO材料具有較好的致密度和穩(wěn)定的立方相的LLZO。其交流阻抗分析得出的離子電導(dǎo)率為4.27×10-7S/cm。在燒結(jié)時間為18h時,獲得了較好的離子電導(dǎo)率為7.96×10-7S/cm。
獲得優(yōu)化的合成LLZO材料的合成工藝,分別摻雜Ba2+和Ta5+來進一步提高LLZO材料的離子電導(dǎo)率。以0%、2%、4%、6%和8%的質(zhì)量比進行摻雜,SEM和XRD結(jié)果表明,摻雜2%Ba和6%T
4、a時可以提高材料的致密度和結(jié)晶度,使LLZO材料保持在立方相。電化學(xué)測試表明在摻雜2%Ba、4%Ta和6%Ta時,其離子電導(dǎo)率得到提高,在室溫下分別為2.68×10-7S/cm、1.02×10-6S/cm和1.42×10-6S/cm。
以LLZO材料作為固體電解質(zhì)初步探索了鋰離子固態(tài)電池的裝配工藝,討論了四種不同的LLZO固體電解質(zhì)材料對電池的電化學(xué)性能的影響。測試了未摻雜的、摻雜4%Ba、4%Ta和6%Ta的LLZO材料組裝
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