無機(jī)鋰離子固體電解質(zhì)的界面特性及應(yīng)用研究.pdf

1、全固態(tài)鋰電池、混合電解質(zhì)鋰/空氣電池是高能電池研究的熱點(diǎn),而鋰離子固體電解質(zhì)是新型鋰電池研究的重點(diǎn),鋰離子固體電解質(zhì)的制備和應(yīng)用研究更是研究的關(guān)鍵和突破點(diǎn)。本文對(duì)Li2O-Al2O3-TiO2-P2O5(LATP)玻璃陶瓷電解質(zhì)、Li2O-Al2O3-GeO2-P2O5(LAGP)玻璃陶瓷電解質(zhì)及LiPON固體電解質(zhì)制備及應(yīng)用進(jìn)行了研究,采用交流阻抗譜的研究方法對(duì)LAGP固體電解質(zhì)片在鋰/空氣電池中的界面動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了探討,并針對(duì)表面進(jìn)行

2、修飾改性,從而提高了電池放電性能。
　　本文中介紹了LATP和LAGP兩種NASICON型固體電解質(zhì)的制備方法,這兩種固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率分別達(dá)到了4×10-4S/cm和5.7×10-4S/cm。采用LATP和LAGP固體電解質(zhì)的水穩(wěn)定鋰電極化學(xué)性能穩(wěn)定,循環(huán)工作正常。但是由于固體電解質(zhì)的引入導(dǎo)致阻抗增大,因此采用水穩(wěn)定鋰電極組裝的混合電解質(zhì)鋰/空氣電池輸出功率較低。
　　為了解決混合電解質(zhì)鋰/空氣電池內(nèi)阻大、功率低的問題

3、,對(duì)水穩(wěn)定鋰電極中涉及的界面阻抗分別進(jìn)行了深入的分析。設(shè)計(jì)了3電極和4電極測(cè)試電池的交流阻抗譜實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了計(jì)算機(jī)擬合分析。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)金屬鋰/有機(jī)電解液界面阻抗由于SEI的生長而隨時(shí)間增加,在開路條件下逐漸變?yōu)殡姵貎?nèi)主要阻抗,但在放電極化條件下,由于電極表面極化的影響及SEI破裂的原因,該界面阻抗迅速下降。而且,選擇合適的有機(jī)電解液可以將該界面阻抗降低到可以忽略的程度。在放電極化時(shí),有機(jī)電解液/固體電解質(zhì)界面阻抗是限制混合電解

4、質(zhì)鋰/空氣電池放電功率的控制因素,該界面阻抗受溫度影響,工作溫度的提高可以大幅降低其界面阻抗。通過對(duì)有機(jī)電解液/固體電解質(zhì)界面阻抗研究,根據(jù)其界面動(dòng)力學(xué)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了界面修飾膜的方法降低界面阻抗。采用磁控濺射法制備的有機(jī)電解液/固體電解質(zhì)LTO界面修飾薄膜,大幅降低了有機(jī)電解液/固體電解質(zhì)界面阻抗,電池放電功率性能提升80％以上。
　　本文中還對(duì)全固態(tài)電池中的固體電解質(zhì)的應(yīng)用進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)并制備了LiPON固體電解質(zhì)的全固態(tài)薄膜電