石榴石型Li7La3Zr2O12的制備及其摻雜改性研究.pdf

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(diǎn)。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(jìn)并優(yōu)化了合成

2、條件，對LLZO材料的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行探究。隨后對LLZO材料進(jìn)一步進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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(jìn)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