鋰離子電池固態(tài)電解質制備及性能研究【文獻綜述】

1、文獻綜述文獻綜述化學化學鋰離子電池固態(tài)電解質制備及性能研究鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度高、功率密度高、循環(huán)壽命長、自放電率低、可快速充放電、無記憶效應、綠色環(huán)保無污染等絕對優(yōu)點，是當今國際公認的理想化學電源，廣泛應用于電子產品、交通工具、軍事領域和儲能方面[13]。目前國內外鋰離子二次電池大部分采用的是液態(tài)電解質，在生產使用過程中常常遇到一些問題：電解液生產過程中對水分要求十分嚴格，在電池生產裝配過程中對空氣濕度也有十分苛刻的要求

2、[4]；液態(tài)有機電解質可能泄露，部分電解質還對集流體有腐蝕作用，極大限制了鋰離子電池向薄層化、小型化的發(fā)展趨勢；在過高的溫度下發(fā)生爆炸從而造成安全事故，無法應用在一些對安全性要求高的場合；此外，液態(tài)電解質鋰離子電池普遍存在循環(huán)容量衰減問題，使用一段時間后由于電極活性物質在電解質中的溶解、反應而部分失效。而全固態(tài)電池安全性高、基本沒有循環(huán)容量衰減，固體電解質還起到了隔膜的作用，簡化了電池的結構，可以向薄層化和小型化發(fā)展；此外，由于無需隔絕

3、空氣，也簡化了生產過程中對設備的要求，電池的外形設計也更加方便、靈活[125]。全固態(tài)鋰離子電池分兩種[2610]，一種是使用聚合物凝膠電解質；另一種是采用無機固態(tài)電解質。聚合物鋰離子電解質體系已開展的研究眾多，按聚合物主體來分，主要有以下幾類：聚醚系（主要為聚氧化乙烯，PEO）、聚丙烯腈（PAN）系、聚甲基丙烯酸酯（PMMA）系、聚偏氟乙烯（PVDF）系和其他類型。盡管聚合物電解質的發(fā)展和應用，可以明顯克服液態(tài)鋰離子電池的一些缺點，避

4、免電解液漏液，容易薄層化和小型化，但是仍存在一些問題亟待解決：比如常溫下電導率偏低，與電極相容性差，機械強度仍有待提高。此外，聚合物電解質制備工藝復雜、原料價格高導致聚合物電解質價格昂貴。聚合物電解質可通過共聚、交聯、形成微孔體系、納米復合、添加增塑劑等來進行性能改進。未來聚合物電解質的可能朝著兩個方向發(fā)展：a)交聯短鏈形成網狀凝膠結構，增加導電性；b)添加粉末陶瓷，形成有機無機復合結構，增加機械強度[2910]。相對于凝膠聚合物電解質

5、而言，無機固態(tài)電解質采用的是無機原料，來源廣泛，成本低；熱力學穩(wěn)定性大大改善、機械強度也比聚合物電解質要好很多；能大電流充放電，使用安全性能高；不再使用制備工藝復雜的電解質鋰鹽諸如LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6等，制備工藝要求與前兩種電解質相比，其制備工藝要求簡單；電解質可薄層化，同時起到隔膜的作用，極大的簡化了電池的結構和工藝。鋰無機固態(tài)電解質（ionconduct）又稱鋰快離子導體（superionconduct

6、），按其晶體結構分為晶態(tài)電解質和非晶態(tài)電解質。晶態(tài)電解質又稱導電陶瓷，目前已研究的有鈣鈦礦（ABO3）型結構鋰離子電池固態(tài)電解質制備及性能研究2液相沉積法的制備了Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3，800退火30min的薄膜，室溫下電化學窗口超過2.4V，oC離子電導率接近1.57105Scm。然而，就LLTO而言，NASICON型的材料由于Ti4易還原，和金屬鋰很不穩(wěn)定。圖1.2LiTi2(PO4)3的晶體結構Fig1.2Th

7、eStructureofthecrystallineLiTi2(PO4)3為制備出成本低、性能好的固態(tài)電解質，近年來國內有學者以LiTi2(PO4)3為基，以我國豐富的硅鋁酸鹽礦物為起始原料合成制備出了一系列性能優(yōu)良的礦物快離子導體。張玉榮[13]以LiTi2(PO4)3為基，以福建高嶺土(Al4[Si4O10](OH)8)為起始原料合成制備出的Li12xyAlxYbyTi2xySixP3xO12系列快離子導體，具有R3C結構，對空氣中

8、的H2O、CO2都有很好的穩(wěn)定性，x=0.1，y=0.3離子電導率最大，為2.94104Scm（室溫下），并且分解電壓在4V以上。張保柱[14]以LiTi2(PO4)3為基，以山西煤矸石為起始原料合成制備出的Li12x2yAlxMgyTi2xySixP3xO12系列快離子導體，x=0.1y≤0.7x=0.2y≤0.6均可得到R3C結構，x=0.1y=0.1離子電導率最大，為1.31104Scm（室溫下）。鋰無機固態(tài)電解質應用于鋰離子電池

9、，其突出優(yōu)點是安全性能好、適用溫度范圍寬、可大電流充放電、制備工藝簡單、對環(huán)境無污染等。以LiTi2(PO4)3為基，硅鋁酸鹽礦物為起始原料合成制備出了礦物快離子導體具有NASICON結構，離子電導率高，對空氣穩(wěn)定，材料來源廣泛，成本低，有望應用于全固態(tài)鋰離子電池中。參考文獻[1]管叢勝杜愛玲楊玉國.高能化學電源[M].北京化學工業(yè)出版社2004.[2]吳宇平，戴曉兵，馬軍旗等.鋰離子電池應用與實踐[M].北京:化學工業(yè)出版社2004.