基于固體電解質燒結片的全固態(tài)鋰離子薄膜電池的研究.pdf

1、隨著科技的進步，小型化、輕量化的設備越來越多，人們對電池行業(yè)也提出了更高的要求。近幾年來，鋰離子二次電池由于高能量、長壽命、安全、環(huán)保等優(yōu)點而成為人們關注的焦點。然而，鋰離子電池的電解質材料大多為有機液體或聚合物，這使電池在一定程度上存在著安全隱患。為了緩解這種現狀，本文對鋰離子固體電解質材料Li1+xAlxTi2-x(PO4)3進行了一系列的研究，并研制了全固態(tài)鋰離子薄膜電池。
　　 采用溶膠-凝膠法制備了Al3+摻雜的Li1

2、+xAlxTi2-x(PO4)3（x=0～0.4）鋰離子固體電解質。通過X-衍射、掃描電鏡、電化學工作站等測試手段分析了Li1+xAlxTi2-x(PO4)3 體系的物相、表面形貌、離子電導率及活化能，探討了Al3+的最佳摻雜量。結果表明：采用溶膠-凝膠法合成的Li1+xAlxTi2-x(PO4)3 體系具有較好的結晶性，燒結片具有較高的離子電導率和較小的活化能，合成的粉末與燒結片之間的結晶性與結構差異不大。當Al3+摻雜量從0增加到0

3、.3時，離子電導率逐漸增大，且到0.3時其值達到最大，但當摻雜量進一步增加時，離子電導率迅速下降。
　　 活化能的變化趨勢則與離子電導率相反。
　　 通過改變Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3粉末和燒結片的燒結溫度和時間，探討了固體電解質燒結片的最佳熱處理條件。結果表明：實驗條件下制備的固體電解質Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3粉末和燒結片都具有較好的結晶性。Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3燒

4、結片的離子電導率和活化能隨著燒結條件的改變而呈現有規(guī)律的變化，其中，將900℃熱處理2h的粉末壓片，再經900℃煅燒2h 制得的燒結片，其離子電導率最高（3.46×10-4S·cm-1）、活化能最低（0.2821eV），同時燒結片的表面也相對致密。
　　 向900℃熱處理2h的Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 粉末中添加不同百分比的助溶劑Li3PO4。通過X-射線衍射、掃描電鏡對產物的物相和表面形貌進行分析，并采用交流

5、阻抗分析了產物的離子電導率和活化能。結果顯示，在實驗條件下，合成的粉末和燒結片都具有良好的結晶性。所有燒結片的表面都有一些孔洞。然而，900℃熱處理2h，添加量為1wt.％的燒結片相對比較致密。經電化學分析得知，添加量為1wt.％的燒結片在900℃熱處理2h后有較高的離子電導率（5.35×10-4S·cm-1）和較低的活化能（0.2700eV）。
　　 采用一種新的工藝方法：噴霧熱解法，成功研制了全固態(tài)鋰離子薄膜電池LiMn2O

6、4/Lil.3Al0.3Ti1.7(PO4)3/LiMn2O4、LiMn2O4/Lil.3Al0.3Ti1.7(PO4)3/Li4Ti5O12，并經過恒電流充放電的性能測試。同時，通過X-衍射探討了合成LiMn2O4、Li4Ti5O12薄膜的化學計量比、熱處理溫度和時間。結果表明：合成正極薄膜、負極薄膜的熱處理條件分別為：600℃-10min、700℃-10min，且實驗條件下LiMn2O4 正極薄膜和Li4Ti5O12負極薄膜的前驅體