一、国外固态锂离子电池生产与应用现状(论文文献综述)
张赛赛[1](2021)在《石榴石型固态电解质及负极界面性能研究》文中指出高能量密度、高安全性的固态锂金属电池是下一代锂电池体系最重要的发展方向之一。作为典型的氧化物固态电解质,Li7La3Zr2012(LLZO)具有锂离子电导率高、电化学窗口较宽、机械强度高和热稳定性好等优点,因此近年来LLZO受到业内研究学者的广泛关注。但是,LLZO固态电解质的致密化问题、电解质/电极界面电阻过大等问题,限制LLZO固态锂金属电池的发展和应用。本文以Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12(LLZTO)为研究对象,研究了阻碍材料烧结的限制因素,基于热力学计算,通过引入第二相,促进LLZTO材料致密化,并在晶界形成锂离子导体,促进电解质的离子电导率。针对Li负极界面问题,通过在熔融金属Li中引入可与Li化合的第二元素,提高了金属锂对LLZTO电解质的润湿性,降低了界面电阻。本文研究了电解质及金属锂电极中引入第二相和第二组分的作用机理,分析了第二相引入对材料或界面显微结构、电解质电导率或电极/电解质界面电阻、对称电池和全电池电化学性能的影响,实现石榴石型固态锂金属电池放电比容量、循环稳定性、倍率性能的综合提高。具体研究内容包括以下五个方面:(1)研究了碳酸锂含量对LLZTO固态电解质烧结形貌和致密度的影响。结果表明LLZTO粉体表面自发生成的碳酸锂难以分解,并且离子传导能力极低,是阻碍材料烧结的主要原因之一。基于热力学计算,选择Al2O3作为第二相引入,低温分解碳酸锂并且生成具有离子传导能力的LiAlO2,促进LLZTO电解质致密化,并提高电解质电导率。交流阻抗测试及分析表明氧化铝引入显着改善LLZTO材料晶界离子电导率。包覆3%Al2O3(nAl:nLi=3%)的LLZTO能够获得致密度92.07%,离子电导率4.16×1 0-4S cm-1。其对称Li电池能够在0.1 mA cm-1和室温条件下稳定循环800 h。(2)基于热力学计算,在LLZTO粉体中引入SiO2,在LLZTO烧结过程中低温分解LLZTO颗粒表面碳酸锂,在晶界形成Li4SiO4,促进材料致密烧结,并有效提高电解质电导率。引入1%SiO2(Si:Li原子比)烧结的LLZTO材料的致密度和离子电导率分别为94.71%和3.84×10-4 S cm-1。在Li对称电池中,相较于未优化的LLZTO,l%SiO2-LLZTO对称电池具有十分稳定的极化电压和更好的抑制锂枝晶能力。(3)选用廉价硫单质制备硫改性锂负极,通过硫单质与锂负极反应形成亲锂性硫化锂,改善锂负极对LLZTO电解质的浸润性,降低界而电阻。本工作研究了硫单质引入量对负极浸润性、界面结合状况和对称电池界面电阻的影响。实验结果表明10%S(S/(S+Li)质量比)引入量可将界面电阻降低至12.4Ω cm2,改性的金属锂负极在对称电池和全电池中均表现出优异的循环稳定性。与LLZTO相配的10%S-Li对称电池在室温条件下以0.2 mAcm-2电流密度可稳定循环970 h。10%S-Li|LLZTO|LiFePO4全电池在0.1C下循环100圈后,仍具有149.7 mAh g-1的放电比容量,库仑效率为100%。(4)采用简单融熔法在熔化金属锂中引入磷单质制备磷改性锂负极,这类负极材料展现出优异的循环稳定性和倍率性能,这是因为:1)磷单质锂化形成的磷化锂具有亲锂性,其改性的金属锂负极对LLZTO电解质具有良好的润湿性,可有效降低电极/电解质界面电阻;2)磷化锂具有较高的离子电导率,在界面区域能够增大电极反应面积,加快电极反应动力学。电化学测试结果表明,5%P引入可显着降低Li/LLZTO界面电阻至12.1 Ωcm2,并且其对称电池可在室温条件下以0.1 mA cm-2稳定循环430 h。5%P-Li|LLZTO|LiFePO4全电池在0.05C稳定循环85圈后,放电比容量维持在156 mAh g-1;在1C下仍具有125 mAh g-1可逆比容量,显示出较好的倍率性能。(5)通过在熔融金属锂中引入硅单质制备硅改性锂负极。硅单质锂化后生成Li22Si5第二相,可有效改善锂负极对LLZTO电解质的浸润性,改善负极与电解质的界面结合。第一性原理计算结果表明,硅改性锂负极和电解质存在微弱互反应,这有助于牢固负极/电解质界面的形成和界面电阻的降低。15%Si-Li负极/LLZTO电解质界面电阻可大幅降低至2.7Ωcm2,其对称电池在0.1、0.2 mA cm-2电流密度下能够连续循环 1200 h。15%Si-Li|LLZTO|LiFePO4全电池0.05C放电比容量约为169 mAh g-1,稳定循环100圈后库仑效率仍保持100%。
陈涛[2](2021)在《活性物质球磨及复合改性对半固态锂离子悬浮液性能的影响研究》文中进行了进一步梳理由于兼具高能量密度、低成本、高安全性和长循环寿命等优势,半固态锂离子液流电池作为一种新型储能技术展现了极为广阔的应用前景。然而,目前该电池的系统能量效率和电化学性能仍有巨大提升空间。其核心工作部件半固态锂离子悬浮液较差的流动性造成电池系统能量效率较低,同时也限制了悬浮液理论能量密度、导电性和电化学性能的提高。因此,在具有较高理论能量密度和良好导电性的条件下改善悬浮液的流动性对突破半固态锂离子液流电池系统能量效率和电化学性能提升的瓶颈具有重要意义。而活性物质的理化性质对半固态锂离子悬浮液的流动性、导电性和电化学性能均有重要影响,因此本文对活性物质进行球磨处理及复合改性,探究其对半固态锂离子悬浮液各项性能的影响,以改善半固态锂离子液流电池的整体性能、推动半固态锂离子液流电池的实际应用。在第一部分研究工作中本文对镍钴锰酸锂(NCM)进行球磨处理,以探究球磨前后NCM在不同活性物质质量分数下对半固态锂离子悬浮液流动性的影响规律,以及高活性物质质量分数下球磨前后NCM半固态锂离子悬浮液的导电性、电荷转移能力和充放电容量性能。研究结果表明,球磨前NCM所制备的半固态锂离子悬浮液随活性物质质量分数上升,流动性呈现先改善后降低的趋势。总体上球磨后的NCM使半固态锂离子悬浮液的流动性降低,并在较高活性物质质量分数下流动性降低的幅度较为明显,本文分析可能是NCM经过球磨后具有更小的粒径以及更高的表面能,并在具有较高活性物质质量分数的半固态锂离子悬浮液中发生较为严重的团聚所导致。在较高的活性物质质量分数下,球磨后NCM使得半固态锂离子悬浮液的电荷转移能力大幅降低,导致其在充放电时极化损失较大、充放电容量较小。该研究工作有利于深入理解半固态锂离子悬浮液各项性能的影响因素以及相互关系,可为半固态锂离子悬浮液综合性能的改善提供参考意义。在第二部分研究工作中本文提出合成磷酸铁锂(LFP)与碳纳米管(CNTs)的复合活性物质以提升其导电性和电化学性能,并调节半固态锂离子悬浮液中固体颗粒之间的相互作用力,以改善半固态锂离子悬浮液的流动性。本文分别合成了具有5 wt%、10 wt%、15 wt%(相对于LFP)CNTs的LFP/CNTs复合活性物质并用于制备半固态锂离子悬浮液。研究结果表明,LFP/CNTs复合活性物质具有相对较高的静电排斥力和丰富的CNTs导电通路,可有效缓解半固态锂离子悬浮液流动性和导电性、电化学性能之间的矛盾;其中具有15 wt%CNTs的LFP/CNTs复合活性物质使半固态锂离子悬浮液同时表现出相对较好的流动性、较强的电荷转移能力和较高的充放电容量,并具备良好的导电性。该研究工作有利于改善半固态锂离子液流电池的整体性能,对推动半固态锂离子液流电池的实际应用具有重要作用。
聂凯会[3](2021)在《固态锂电池关键材料表界面稳定性研究》文中指出全固态锂电池被认为是替代传统锂离子电池,兼具更高能量密度与高安全性的下一代锂电池的潜在选择。虽然目前固体电解质获得了广泛的研究,锂离子电导率不断提升,部分固体电解质离子电导率已经达到甚至超越电解液的水平,但是全固态锂电池的电化学性能距离先进锂离子电池依旧存在巨大的差距。而导致这种差距的关键问题为固态锂电池中的表界面稳定性差,导致界面性质严重限制了电池整体性能。在本论文中主要关注两种重要固体电解质材料的关键表界面问题:(1)针对PEO(聚环氧乙烷)固体电解质与高电压正极界面化学/电化学稳定性差严重限制了其在高电压电池应用的问题,本论文中结合微分电化学质谱(DEMS)与理论计算研究了PEO与高电压正极界面的反应机理并据此提出了正极表面离子导体LATP(Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3)与混合离子导体AZO(Al掺杂的Zn O)包覆的方法以改善界面稳定性;(2)针对石榴石(Garnet)结构的固体电解质对空气化学稳定性差,与空气反应产生碱性钝化层,导致生产与存储成本高的问题,研究了钝化层生长的动力学和Garnet电解质与有机溶剂反应机理与规律。首先采用DEMS研究了钴酸锂正极与PEO固体电解质匹配的全固态电池的产气行为与界面反应机理。实验以及理论计算结果表明:相比于电化学氧化,脱锂态钴酸锂表面的化学氧化作用是导致4.2 V下PEO全固态电池产气的根本原因。通过在钴酸锂正极表面包覆稳定的固体电解质LATP可以隔绝正极与电解质的直接接触,减缓化学氧化,从而将产气起始电位扩展到4.5 V以上。此外,PEO在正极界面处发生氧化/脱氢反应产生HTFSI,HTFSI扩散至负极,被金属锂还原成氢气,所以在电池工作过程中监测到了明显的氢气释放。第一部分的工作表明正极会参与到PEO的氧化分解过程,促进PEO在较低电位发生分解。为了研究不同组成层状正极对PEO氧化分解的影响,在第二部分工作中选取了NCM 622,NCM 811与钴酸锂三种重要的层状正极材料,研究了三者在PEO全固态电池中的产气动力学以及界面反应机理差异。发现虽然在相同电位(3.0-4.6 V)下NCM 622与NCM 811相比于钴酸锂有更高的脱锂量,但是产气量与界面阻抗都远低于钴酸锂正极,说明钴酸锂可以更剧烈地催化PEO电解质氧化分解。NCM 622正极在产气表现、界面动力学与循环稳定性方面都是三种正极中最优的。此外,发现聚合物全固态电池的产气行为与传统锂离子电池相比表现出独有的特点:其一是PEO可能与正极表面氧反应生成小分子醛与二氧化碳等,不会直接释放氧气;其二是固态电池中产气会随循环持续发生,说明PEO与层状高电压正极界面无法形成稳定的界面钝化层,这也进一步强调了在固态电池中人工构建稳定界面层的重要性。在第三部分工作中,我们使用了混合离子导体AZO对钴酸锂正极进行包覆,以改善正极/电解质界面稳定性。相比于其他包覆材料,AZO具有高的电子电导率(104 S cm-1),且通过价键方法计算发现AZO具有一维离子传输通道且离子扩散激活能较低(1.8 e V),因此AZO可以进行全面包覆且有效促进界面的电子与离子传输。改性后钴酸锂正极的锂离子电池,在4.5 V截止电压下展现出优异的长循环稳定性(650周,容量保持率>80%)与显着提升的倍率性能。此外,包覆后的钴酸锂在PEO聚合物全固态电池中的循环稳定性也得到了显着提升,证明了适当的正极表面修饰在锂离子电池与固态电池性能提升方面均有重要作用。最后研究了石榴石结构固体电解质Li6.34La3Zr1.4Ta0.6O12(LLZTO)的表界面化学稳定性。首先,使用非原位XPS与原位Raman探索了LLZTO固体电解质表面钝化层的生长动力学,并通过拟合给出了碳酸锂生长速率的函数模型。随后,在论文最后一部分内容中研究了LLZTO固体电解质与不同特征官能团有机溶剂的反应机理与规律。结果表明与不同官能团或原子相连的氢原子周围具有不同的电荷分布,直接影响到分子中H原子的稳定性。H原子越容易以H+形式脱离,溶剂的酸性越高,与LLZTO的锂氢交换反应越剧烈,导致LLZTO晶胞参数的变化越严重。此外,LLZTO作为碱性化合物会催化羰基化合物与腈类等有机物的聚合反应。以上反应机理与规律对于LLZTO在特定的应用场景下,如存储、复合、混合固液电池的溶剂选择具有指导意义。此外,LLZTO与不同官能团溶剂的反应机理对于理解复合固体电解质中Garnet与不同官能团聚合物基体的稳定性具有参考意义。
杨坤[4](2021)在《锂离子电池热失控行为研究》文中指出锂离子电池具有优异的电化学性能和高能量密度。作为新能源汽车的动力电源,其安全性研究至关重要,尤其是锂离子电池热失控问题一直备受关注。本论文采用电池绝热量热仪对不同荷电状态(State of Charge,SOC)的圆柱形高比能21700锂离子电池、原子层沉积(Atom Layer Deposition,ALD)技术包覆石墨负极电池以及聚合物固态电池进行热失控探究。采用示差扫描量热仪和热重分析仪对电池内部材料进行热稳定性分析,使用扫描电子显微镜对隔膜和正负极微观形貌进行观察,分析材料结构和性质对电池安全性的影响。(1)对高比能圆柱21700锂离子电池研究结果表明:圆柱形锂离子电池荷电量越高副反应的初始温度点越低、热失控起始点温度越低、热失控的温度峰值越高;荷电量越高发生热失控时的温升速率越高,反应越剧烈且质量损失越多。(2)经过ALD包覆后的负极石墨表面的包覆层减缓了负极界面与电解液之间的反应,显着减少了电池在高温过程中的副反应,大幅提高了电池的循环稳定性和热安全性。(3)对聚合物固态电池的研究表明:扣式电池活性物质少、自放热较少,热失控起始温度滞后,温度-时间(T-t)曲线中可以清晰地展现电池升温过程中各个阶段自放热副反应;隔膜破裂不是导致热失控的根本原因,电池短路释放的热量会加剧副反应的发生,热失控的根本原因是电极材料与电解液之间的反应;固态电池热失控触发机制是正极材料高温释氧,再与聚合物和熔融锂发生氧化还原反应。
郑悦[5](2021)在《PEO基固态电解质锂盐的选择及其双盐高电压体系的制备及性能研究》文中研究表明2019年的诺贝尔化学奖颁发给了锂离子电池领域,这极大地鼓舞了奋斗在锂离子电池领域的科研工作者们。然而,锂离子电池在新能源汽车领域的能量密度及安全问题迫使研究者们开始开发兼具良好的安全性能,高能量密度,高循环性能的全固态锂金属电池。锂盐是聚合物固态电解质中不可或缺的重要部分,选择合适的锂盐是维持电池各方面性能良好的因素之一,因此选择合适的锂盐对全固态锂金属电池的研究至关重要。目前在使用的锂盐,因其各自性能不同,所得到的聚合物固态电解质膜及其固态电池的性能各不相同。本论文针对实验中可供选择的常用锂盐进行了同条件下聚合物固态电解质膜以及电池性能的探究,筛选最合适固态电池的锂盐体系;同时对性能优良的锂盐进行复合,制备双盐体系聚合物固态电解质膜,并探究其在磷酸亚铁锂(LiFe PO4)及三元(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)体系全固态锂金属电池中的应用,主要内容如下所述:(1)选用目前技术较为成熟和完善的PEO基全固态聚合物电解质体系,选择不同的锂盐进行探究,采取交联法合成了可室温下工作的PEO基全固态聚合物电解质,对多种锂盐(LiTFSI,LiFSI,LiBOB,LiODFB,LiClO4,LiNO3,LiPF6,LiCl,LiF)进行了对比实验,发现小分子量锂盐(LiCl,LiF)不能够在该体系下形成聚合物固态电解质膜,对其余锂盐制得的电解质膜及其组装的LiFePO4//Li固态电池进行测试分析发现,在0.1C倍率下,LiTFSI体系制备的电池放电比容量最高,可达156mAh/g,LiODFB体系制备的电池,具有最好的循环稳定性,在100次的充放电循环后仍能保持99%的容量保持率。(2)基于前一工作得到的结论,选择LiTFSI为主要锂盐,添加LiODFB制备双盐体系PEO基固态电解质膜以提高界面稳定性。当LiODFB含量为10%时,制备的LiFePO4//Li电池具有最优的放电比容量和容量保持率,经过几次活化后电池的放电比容量可达162mAh/g,经过100次的充放电循环后电池的容量保持率为97.5%。而且Li ODFB的加入可以在正极表面形成一层CEI膜,双盐体系PEO基固态电解质在LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2//Li电池中也表现出较好的循环稳定性。与单盐体系的电池相比,耐高电压效果显着,可将其容量保持率扩大至4倍。同时,对该体系在高电压下循环稳定性进行了机理探究。
杨豹[6](2021)在《磁控溅射法制备固体电解质LAGP薄膜及其性能研究》文中研究说明固体电解质膜是微型电池器件高安全性和优异电化学性能的保障,但也是制约其发展的瓶颈。NASICON型玻璃陶瓷电解质Li1+xAlxGe2-x(PO4)3(LAGP)具有高离子电导率,低电子电导率,宽电化学窗口和低电极腐蚀等优点,可成为全固态薄膜电池的一种很有前途的选择。本论文主要研究了采用RF磁控溅射法制备微纳米厚度LAGP薄膜,深入探究工艺条件对其制备的影响。同时进一步以LAGP为电解质层制备了(单晶硅衬底/Al/Li Co O2/LAGP/Si/Cu)全固态薄膜电池。主要研究内容如下:研究了包括溅射功率、压强、氧氩比例、衬底温度及退火温度等工艺条件对制备LAGP固体电解质薄膜的影响,成功制备了Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3固体电解质薄膜。生长条件为溅射功率140W,工作压强1.5Pa,O2:Ar=8sccm:32sccm时沉积的LAGP薄膜组分完整,质量最佳。衬底温度低于200℃时制备的LAGP固体电解质薄膜为非晶态,生长温度超过500℃时,薄膜开始结晶呈(104)晶面择优取向生长,但一直伴有磷酸铝杂质相。对低温生长的LAGP薄膜退火研究发现退火温度超过700℃时,LAGP薄膜开始出现晶化,退火温度为900℃时,薄膜表面颗粒分布均匀结晶性最好,但高温退火使得薄膜中磷组分含量降低,Al/Ge比值逐渐增大。交流阻抗测试发现衬底温度为200℃条件下沉积的LAGP薄膜离子电导率达3.35×10-6S/cm,对应的离子活化能为0.28e V;LAGP薄膜离子电导率随退火温度先增大后减小,经400℃退火处理的LAGP薄膜材料离子电导率达到4.84×10-6S/cm。在分别研究了Li Co O2正极薄膜与Si负极薄膜的电化学特性基础上成功制备了Si/Al/Li Co O2/LAGP/Si/Cu结构的全固态薄膜电池,电化学性能测试表明LAGP基全固态薄膜锂离子电池初始充电和放电比容量分别为74μAh/cm2/μm和58μAh/cm2/μm,库伦效率为78.38%,50周容量保持率为74.14%。
段姗姗[7](2021)在《NASICON型锂离子固态电解质的结构调控与性能研究》文中提出固态锂离子电池由于其高安全性、高能量密度等优势是锂离子电池的重点研究方向。作为固态锂离子电池的核心组成部件,固态电解质的结构与性能直接制约着固态锂离子电池的发展,其中高离子电导率是先决条件,因此对固态电解质的锂离子传导性能优化一直都是研究重点内容。从材料结构设计角度,离子电导率主要受晶界结构和晶粒结构影响,本文选取目前广受关注的NASICON结构Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)和Li Zr2(PO4)3(LZP)作为研究对象,结合多种结构表征,如电化学应变原子力显微镜(Electrochemical Strain Microscopy,ESM)、透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy,TEM)探究晶界结构与晶体结构对离子电导率的影响,此外利用同步辐射X光源探究固态电解质表面结构在不同环境中的变化及其对锂离子传导性能的影响。论文首先探究了晶界结构对离子传导性能的影响。晶界结构是限制高锂离子电导率的瓶颈因素,但影响晶界电导率的影响因素复杂多变,且目前对于材料中晶界结构的研究仍缺乏深度地认知。论文首先探讨了烧结温度对LATP玻璃结晶化过程中物相结构和微观形貌的影响。通过放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)可获得介于玻璃相与晶相之间,具有短程有序的相结构。结合ESM测试LATP玻璃陶瓷电解质的局部微观电化学响应,对比两种方式合成样品的晶界差异以及材料总离子电导率,提出两者差异主要在于晶界处短程有序相的生成。此外,通过B元素掺杂靶向优化玻璃陶瓷结构中晶界处玻璃相的结构与离子传导性能,提高了晶界电导率,最终提升材料整体离子电导率。其次,由于材料的晶体结构会影响离子迁移的指前因子与活化能,进而影响离子传输行为,故论文利用液相法可制备出室温下稳定的菱方相LZP陶瓷电解质,通过对合成过程中锂含量的优化可获得最高离子电导率1.91×10-4 S/cm,是目前所报道的此体系中的最大值。同时利用三价Ga3+元素在Li位和Zr位进行掺杂,获得微观形貌结构完全不同的Li1-3xGaxZr2(PO4)3(x=0,0.02,0.05,0.1)和Li1+xGaxZr2-x(PO4)3(x=0,0.02,0.05,0.1)陶瓷电解质,分别得到由指前因子决定和活化能决定的离子传输行为。结合结构表征、变频阻抗谱分析和热动力学分析研究影响指前因子、活化能的内在结构因素,强调迁移焓与活化熵对最终离子电导率的竞争性关系。此外对LZP进行多价元素掺杂,利用多重激发熵公式分析结构内部迁移熵的来源以及与Meyer-Neldel补偿定律的内在关系,对深入理解LZP电解质中的离子传输及设计优化离子电导率有指导意义。最后,研究了电解质在不同环境中表面结构对于离子传导性能的影响。固态电解质材料的环境稳定性会直接决定其制备、运输及使用条件,从而影响微观结构和最终离子传导性能。但目前对于环境稳定性的研究多采用离位表征数据,无法完全避免外界环境干扰,因此所获得的实验结论多存在出入。基于此,本文对获得的高性能LATP与LZP电解质材料利用同步辐射进行原位近常压X射线光电子能谱(Ambient Pressure X-ray Photoelectron Spectroscopy,APXPS)测试,对其进行表面结构分析。分别在Ar和H2O环境下对LATP与LZP结构表面进行原位探测,通过谱图半峰宽(Full Width at Half Maximum,FWHM)的变化趋势建立与表面结构规整度的联系。研究发现LZP电解质在5 Torr H2O环境下具有更低的FWHM,证明水环境会使得材料结构规整度升高,结合外部结构与性能表征证明水环境会使结构内部离子迁移瓶颈尺寸增加,最终导致高离子电导率可达10-4S/cm。据此原位表征数据分析可能存在的反应机理,为今后优化NASICON固态电解质离子电导率提供新的思路。
李欣[8](2021)在《高氟化含硼固液混合电解质制备及其在高电压固态锂电池中的应用及机理研究》文中认为采用不燃、不漏液、易封装的固态电解质代替传统的有机液态电解质有望从根本上解决传统锂离子电池的安全问题。在目前的固态电解质体系中,有机-无机复合电解质(CSEs)结合了固态聚合物电解质(SPEs)和无机固态电解质(ISEs)的优点,兼具较好的离子导电性和较高的机械强度,与单一的SPEs和ICEs相比,电化学性能被大幅提升。然而,要实现CSEs的实际应用仍有诸多挑战,如界面稳定性差、界面电阻高等。此外,其与高电压正极较差的相容性,导致了现有的CSEs通常只能与低电压平台正极如Li Fe PO4配合使用,这严重限制了其在高比能量密度固态锂电池中的应用。向固态电解质|电极界面添加少量液态电解质形成固液混合电解质是解决这类问题的有效办法之一。然而,传统碳酸酯类液态电解质的加入不仅牺牲了固态电池的安全优势,且其与固态电解质(SEs)之间的化学稳定性差,易形成新的固液电解质界面杂质相层(SLEI),从而导致电池的整体内阻增大,影响其电化学性能。因此,探究SLEI的组分,分析SLEI的形成机理,对实现固液混合电解质在高电压固态锂电池中的应用具有重要意义。基于此,本论文主要进行了以下研究:(1)将纳米Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12(nano-LLZTO)粒子作为无机填料加入到聚偏氟乙烯-共六氟丙烯(PVDF-HFP)聚合物中,用溶液法流延法制备了nano-LLZTO/PVDF-HFP超薄(25μm)复合固态电解质。将不燃的高氟化含硼电解液(FEC:HFE:PFEMC=1:1:4 0.95 M Li TFSI+0.05 M Li BOB)添加到高电压正极Li Ni0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)与CSEs界面作为界面改性剂,提升界面化学、电化学稳定性。电化学实验结果表明,25℃时,在1 C倍率下,NCM622|B,F-CSE|Li电池在截止电压为4.3 V下的首圈放电比容量为152.3 m Ah g-1,电池循环300圈后,放电比容量仍可达143.8 m Ah g-1。即使在2 C高倍率下,放电比容量依然可达146 m Ah g-1。在4.4 V截止电压下,以0.1 C倍率循环100圈后,电池的容量保持率为97.9%。当截止电压增加到4.5 V时,初始放电比容量为194m Ah g-1,在循环50圈后容量衰减率仅为0.6%。(2)通过监测NCM622|NCM622对称电池中的界面阻值变化,证明了B,F-CSE与NCM622正极具有良好的界面兼容性。通过计算电极|电解质界面的界面Li+迁移活化能(Ea),发现B,F-CSE的Ea值仅为7.98 k J mol-1。通过非原位表征技术XPS、TEM、SEM和NMR手段对SLEI的形成机理进行了分析。结果表明,在高氟溶剂环境下,Li BOB的引入能够抑制SLEI层中Li F的过量生成,在SLEI层中生成具有高离子导电性的LixBOyFz,不仅促进了界面Li+的快速运输,还可以对正极起到的一定的保护作用。最终,使固态电池在高截止电压下的循环稳定性和倍率性能均得到显着提升。我们的研究提供了一种全新的界面构建策略,将SLEI从“真正的罪魁祸首”转变为“救世主”,为获得高稳定性、低阻抗的SLEI开辟了一条全新的途径。
朱丽洁[9](2021)在《PEO基复合聚合物电解质的制备及离子传导性能研究》文中认为目前,锂离子电池中使用的液体电解质存在重大的安全隐患,如电解液泄漏引起的易燃爆炸,阻碍了其大规模应用。为了弥补液体电解质固有的缺点,最有效的方法是用固态电解质替代液体电解质。目前,复合电解质膜通常使用PEO和PSS等高分子和单锂离子盐(例如Li TFSI和Li Cl O4等)结合形成离子导电膜,但这些膜材料通常离子电导率较低,难以满足实际应用需求。因此,设计和构建高离子电导率新型离子导电材料是目前全球研究的热点和难点。多金属氧酸盐亦称多酸,是一类具有纳米尺寸、可调节结构的纳米团簇,通常由抗衡阳离子和杂多阴离子组成。由于其具有丰富、可调变的抗衡阳离子,在离子传导方面有潜在应用前景。本论文中,我们合成了一系列基于多金属氧酸盐的复合聚合物电解质并研究了其锂离子传导特性,具体工作如下:(1)在PEO与PVDF共混的聚合物中添加MOF基材料NENU-3(Li)来制备PEO/PVDF/NENU-3(Li)电解质膜。NENU-3(Li)具有丰富规整有序的多孔结构,便于离子传输,进而提高离子电导率。当NENU-3(Li)的添加量为20%时,离子电导率最佳,60℃条件下为1.83×10-4S cm-1,Li+迁移数为0.4。(2)选择PEO和PVDF共混为聚合物基体,添加小分子化合物丁二腈(SN)和多酸Li6P2Mo18O62(LPM),制备出PEO/PVDF/SN/LPM电解质膜。SN的分子尺寸与Li+结合位点的距离相匹配,能在电解质中构建均匀连续的离子通道,从而提高离子电导率。SN的添加量为5%时,离子电导率最高,60℃条件下为1.17×10-4S cm-1,Li+迁移数为0.46。为了验证该方法的可行性,我们将LPM换成Li6P2W18O62(LPW),制备出PEO/PVDF/SN/LPW电解质膜,得到的测试结果与PEO/PVDF/SN/LPM电解质膜相近。(3)利用PEG基离子液体(IL)与多酸Li6P2Mo18O62(LPM)复合,制备出不同摩尔比的LPM-IL复合材料。将最优摩尔比的LPM-IL材料掺杂在PEO与PVDF共混的聚合物基体中,最终制出PEO/PVDF/LPM-IL电解质膜。当LPM-IL的含量为5%时,离子传导效果最佳。30℃、60℃时离子电导率分别为1.17×10-4S cm-1和4.26×10-4S cm-1,Li+迁移数为0.54。为了证明该方法的可行性,我们将LPM换成Li6P2W18O62(LPW),按照同样的比例制备出PEO/PVDF/LPW-IL电解质膜,测试结果与PEO/PVDF/LPM-IL电解质膜相近。
赵锦涛[10](2021)在《磁控溅射法制备Li2FexSiO4薄膜及其电化学性能研究》文中研究指明正极薄膜材料是全固态薄膜锂离子电池中的锂离子供体,是影响电池容量的关键因素之一。聚阴离子型Li MSi O4(M=Fe、Mn)正极材料具有资源储量丰富、环境友好等优异特性,且理论容量可达333 m Ah·g-1,是高容量、长寿命全固态薄膜锂电池理想的备选正极薄膜材料。本文采用RF磁控溅射法成功制备了Li2FexSi O4(x=1.02,1,0.98,0.94)正极薄膜,深入研究了Li2FexSi O4材料中不同的Fe2+含量对Li2FexSi O4薄膜形貌、输运特性、电化学性能的影响。研究表明溅射功率、压强和靶材中Fe元素含量对Li2FexSi O4薄膜物相与形貌影响较大。当基底温度为常温、溅射功率为130W、溅射压强为2Pa时,制备的薄膜表面颗粒大小均匀且致密平整,在未退火状态下薄膜为非晶态。通过XRD和SEM分析观察表明退火温度为750℃时Li2FexSi O4薄膜开始晶化,出现Fe O杂质相;退火温度为850℃时杂质相消失,薄膜出现(011)晶面择优晶化;退火温度达到950℃时出现Fe2Si、Fe3O4等新的杂质相。交流阻抗测试与动态电势扫描测试表明不同铁含量的Li2FexSi O4薄膜中Li2Fe1.02Si O4薄膜电荷电导率最高,为5.2283×10-7S·cm-1。进一步的理论计算表明,Fe空位与间隙Fe原子造成的晶格畸变对其附近Li离子的跃迁造成不利影响。但是间隙Fe原子会在禁带中引入大量的施主杂质能级,因此有利于Li2FexSi O4薄膜电子电导率的提高;同时随着Fe原子含量的增大薄膜的晶格参数增大,有益于离子电导。循环伏安测试发现CV曲线具有两组明显的氧还原峰,分别对应Fe2+/Fe3+,Fe3+/Fe4+氧化还原过程,表明Li2FexSi O4薄膜具有良好的化学活性。电化学性能测试表明Li2Fe1.02Si O4薄膜首次放电比容量可达到116.99 m Ah·g-1,库伦效率为96.16%。充放电测试循环50次后,容量衰减较小,容量保持率可达到90%以上,且具有较高的电压平台,在高倍率循环过程中具有比较良好的循环性能,锂离子扩散系数可达3.60×10-12cm2·s-1。
二、国外固态锂离子电池生产与应用现状(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、国外固态锂离子电池生产与应用现状(论文提纲范文)
(1)石榴石型固态电解质及负极界面性能研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 文献综述 |
2.1 锂离子电池简介 |
2.1.1 锂离子电池的发展 |
2.1.2 锂离子电池的工作原理 |
2.1.3 全固态电池的提出和发展 |
2.2锂离子固态电解质概述 |
2.2.1 锂离子传导机理 |
2.2.2 锂离子固态电解质的发展历程 |
2.2.3 锂离子固态电解质主要类别和研究现状 |
2.3 Li_7La_3Zr_2O_(12)固态电解质研究进展 |
2.3.1 Li_7La_3Zr_2O_(12)材料结构与导电机制 |
2.3.2 Li_7La_3Zr_2O_(12)电导率性能优化 |
2.3.3 Li_7La_3Zr_2O_(12)电化学窗口 |
2.3.4 Li_7La_3Zr_2O_(12)电解质-正极界面改性 |
2.3.5 Li_7La_3Zr_2O_(12)电解质-负极界面改性 |
2.4 本论文的选题依据及研究内容 |
3 实验方法及原理 |
3.1 实验药品和仪器 |
3.2 材料表征分析 |
3.2.1 材料致密度测试 |
3.2.2 X射线衍射分析(XRD) |
3.2.3 Rietveld精修 |
3.2.4 扫描电子显微镜(SEM) |
3.2.5 高分辨透射显微镜(HR-TEM) |
3.2.6 拉曼光谱分析(Raman) |
3.3 电化学性能测试 |
3.3.1 电极制备与电池组装 |
3.3.2 交流阻抗测试(EIS) |
3.3.3 恒电流充放电测试 |
3.3.4 循环伏安测试(CV) |
3.4 第一性原理计算 |
4 Li_(6.4)La_3Zr_(1.4)Ta_(0.6)O_(12)固态电解质烧结及性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 固态电解质制备 |
4.2.2 PVDF-HFP多孔聚合物膜制备 |
4.2.3 电池制备 |
4.3 碳酸锂对LLZTO电解质烧结的影响 |
4.4 热力学计算与性能优化策略 |
4.5 氧化铝包覆LLZTO固态电解质烧结及性能研究 |
4.5.1 氧化铝对LLZTO物相和烧结的影响 |
4.5.2 氧化铝对LLZTO电化学性能的影响 |
4.5.3 氧化铝作用机理研究 |
4.6 氧化硅引入LLZTO固态电解质烧结及性能研究 |
4.6.1 热力学计算与性能优化策略 |
4.6.2 氧化硅对材料物相和烧结的影响 |
4.6.3 氧化硅对材料离子电导率的影响 |
4.6.4 氧化硅引入对电解质中碳酸锂的影响 |
4.6.5 电化学性能表征 |
4.7 小结 |
5 硫/磷改性锂负极的制备与性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 改性锂负极与电池的制备 |
5.2.1 改性锂负极的制备 |
5.2.2 对称电池和全电池的制备 |
5.3 硫改性锂负极结构和电化学特性 |
5.4 硫改性锂负极对电解质-负极界面的影响 |
5.5 硫改性锂负极电化学性能 |
5.6 硫改性锂负极第一性原理计算 |
5.7 磷改性锂负极 |
5.8 磷改性锂负极对电解质-负极界面的影响 |
5.9 磷改性锂负极的电化学性能 |
5.10 磷改性锂负极第一性原理计算 |
5.11 小结 |
6 硅改性锂负极的制备和性能研究 |
6.1 引言 |
6.2 样品制备 |
6.3 硅改性锂负极 |
6.4 硅改性锂负极对电解质-负极界面的影响 |
6.5 硅改性锂负极第一性原理计算 |
6.6 硅改性锂负极界面化学研究 |
6.7 小结 |
7 结论 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(2)活性物质球磨及复合改性对半固态锂离子悬浮液性能的影响研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
主要符号表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 半固态锂离子液流电池工作原理 |
1.3 半固态锂离子液流电池研究现状 |
1.4 半固态锂离子液流电池性能改善研究 |
1.4.1 半固态锂离子液流电池系统能量效率改善研究 |
1.4.2 半固态锂离子液流电池电化学性能改善研究 |
1.5 半固态锂离子悬浮液的流动性 |
1.6 主要研究内容及创新点 |
1.6.1 主要研究内容 |
1.6.2 创新点 |
2 实验试剂、仪器及测试方法 |
2.1 实验试剂 |
2.2 实验仪器 |
2.3 材料物理表征 |
2.4 半固态锂离子悬浮液的制备 |
2.5 流变特性测试 |
2.6 半固态锂离子悬浮液电化学测试 |
2.6.1 半固态锂离子悬浮液测试实验台的搭建 |
2.6.2 电池组装 |
2.6.3 电化学测试 |
3 NCM球磨处理对半固态锂离子悬浮液性能的影响 |
3.1 实验部分 |
3.1.1 NCM的球磨处理与表征 |
3.1.2 半固态锂离子悬浮液的制备 |
3.1.3 半固态锂离子悬浮液流变特性测试 |
3.1.4 半固态锂离子悬浮液电化学测试 |
3.2 结果与讨论 |
3.2.1 球磨前后NCM的表征分析 |
3.2.2 NCM球磨后对半固态锂离子悬浮液流动性的影响 |
3.2.3 NCM球磨后对半固态锂离子悬浮液充放电容量的影响 |
3.3 本章小结 |
4 LFP/CNTs复合活性物质对半固态锂离子悬浮液性能的影响 |
4.1 实验部分 |
4.1.1 LFP/CNTs复合活性物质的合成与表征 |
4.1.2 半固态锂离子悬浮液的制备 |
4.1.3 半固态锂离子悬浮液流变特性测试 |
4.1.4 半固态锂离子悬浮液电化学测试 |
4.2 结果与讨论 |
4.2.1 LFP/CNTs复合活性物质的表征分析 |
4.2.2 LFP/CNTs对半固态锂离子悬浮液流动性的影响 |
4.2.3 LFP/CNTs对半固态锂离子电化学阻抗的影响 |
4.2.4 LFP/CNTs对半固态锂离子悬浮液充放电容量的影响 |
4.3 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士期间研究成果 |
硕士阶段获奖情况 |
(3)固态锂电池关键材料表界面稳定性研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 锂电池发展概述 |
1.1.1 锂电池工作原理与发展历史 |
1.1.2 锂电池研究现状与未来发展方向 |
1.2 固态锂电池 |
1.2.1 固态锂电池的优势 |
1.2.2 固体电解质的发展与分类 |
1.2.3 全固态锂电池的现有技术水平 |
1.2.4 全固态锂电池发展的瓶颈问题 |
1.3 固态锂电池中的表界面稳定性问题 |
1.3.1 机械稳定性 |
1.3.2 化学稳定性 |
1.3.3 电化学稳定性 |
1.3.4 热稳定性 |
1.4 固态锂电池界面类型总结 |
1.5 本论文选题依据及主要研究内容 |
1.5.1 本论文的选题依据 |
1.5.2 本论文的主要研究内容 |
第2章 钴酸锂聚合物全固态电池产气行为与机理研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 样品合成与极片制备 |
2.2.2 微分电化学质谱 |
2.2.3 适用于固态电池产气测试的原位电池设计 |
2.2.4 DEMS电池组装以及参数设置 |
2.3 微分电化学质谱研究PEO基聚合物全固态电池产气 |
2.3.1 PEO-LiTFSI固体电解质本征产气行为研究 |
2.3.2 基于钴酸锂正极的PEO全固态电池产气行为研究 |
2.3.3 离子导体LATP包覆改善钴酸锂-PEO电解质界面稳定性 |
2.3.4 DFT计算研究钴酸锂正极对PEO氧化分解的影响 |
2.4 本章小结 |
第3章 层状高电压正极聚合物全固态电池产气动力学对比 |
3.1 引言 |
3.2 实验方法 |
3.2.1 材料合成与极片制备 |
3.2.2 产气测试与电化学测试 |
3.2.3 界面层组成表征 |
3.3 层状高电压正极聚合物固态电池的产气动力学对比 |
3.4 不同层状高电压正极电压曲线分析与对比 |
3.5 不同层状高电压正极与PEO电解质界面阻抗分析 |
3.6 界面产物分析 |
3.7 本章小结 |
第4章 AZO包覆改善钴酸锂正极与电解质界面稳定性 |
4.1 引言 |
4.2 实验方法 |
4.2.1 AZO包覆钴酸锂的合成工艺 |
4.2.2 材料表征 |
4.2.3 电化学测试 |
4.2.4 Bond-Valence(BV)方法计算氧化物包覆材料离子扩散激活能 |
4.3 包覆工艺的优化 |
4.3.1 热处理温度的优化 |
4.3.2 包覆量的优化 |
4.4 AZO包覆钴酸锂的物理性质研究 |
4.4.1 形貌表征 |
4.4.2 晶体结构表征 |
4.4.3 粉末电子电导率测量 |
4.5 AZO改性LCO正极4.5V长循环稳定性测试与微分曲线分析 |
4.6 AZO包覆后对正极/电解质界面稳定性的改善 |
4.6.1 界面层成分研究 |
4.6.2 界面动力学研究 |
4.7 BV方法研究AZO离子输运性质 |
4.8 AZO包覆钴酸锂聚合物全固态电池循环稳定性 |
4.9 本章小结 |
第5章 Garnet固体电解质表界面稳定性研究 |
5.1 引言 |
5.2 LLZTO与空气反应的动力学与影响 |
5.2.1 实验方法 |
5.2.2 LLZTO表面钝化层形貌与组成研究 |
5.2.3 LLZTO表面钝化层生长动力学研究 |
5.2.4 钝化层生长对LLZTO界面性能的影响 |
5.2.5 本节小节 |
5.3 LLZTO与溶剂稳定性和反应机理探究 |
5.3.1 实验方法 |
5.3.2 溶剂中存储对LLZTO形貌的影响 |
5.3.3 溶剂中产物组成表征与机理分析 |
5.3.4 溶剂中存储对LLZTO晶体结构的影响 |
5.3.5 DFT计算研究溶剂与LLZTO反应规律 |
5.4 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(4)锂离子电池热失控行为研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究的背景与意义 |
1.2 常用的电池种类 |
1.3 锂离子电池的构造及工作原理 |
1.3.1 锂离子电池的分类 |
1.3.2 锂离子电池的工作原理 |
1.4 控制方程 |
1.4.1 电荷守恒方程 |
1.4.2 质量守恒方程 |
1.4.3 电极动力学方程 |
1.4.4 能量守恒方程 |
1.5 锂离子电池热失控机理分析 |
1.5.1 锂离子电池产热机理 |
1.5.2 SEI膜分解 |
1.5.3 负极与电解质的反应 |
1.5.4 正极与电解质的反应 |
1.6 锂离子电池热失控原因 |
1.6.1 锂离子电池热失控期间的热行为 |
1.6.2 热失控过程中产生的气体 |
1.7 国内外的研究现状 |
1.7.1 国外的研究现状 |
1.7.2 国内的研究现状 |
1.8 减少热失控的方法 |
1.9 本文研究内容与章节安排 |
1.10 研究方案 |
第2章 圆柱形21700 锂离子电池热失控行为 |
2.1 前言 |
2.2 实验材料 |
2.3 实验方法 |
2.3.1 ARC量热仪的使用 |
2.3.2 隔膜热稳定性测试方法 |
2.4 结果与讨论 |
2.4.1 隔膜热稳定探究 |
2.4.2 不同荷电状态下21700 型锂离子电池热失控行为分析 |
2.5 小结 |
第3章 ALD包覆石墨负极电池热失控研究 |
3.1 前言 |
3.2 实验材料与方法 |
3.2.1 实验材料 |
3.3 实验方法 |
3.3.1 负极ALD包覆的过程 |
3.3.2 软包电池的制作 |
3.3.3 负极材料表征 |
3.3.4 软包电池循环性能测试 |
3.3.5 电池的热性能测试 |
3.4 结果与讨论 |
3.4.1 负极材料的形貌表征 |
3.4.2 软包电池的电化学性能 |
3.4.3 负极包覆的电池热失控行为 |
3.5 小结 |
第4章 聚合物全固态电池热失控研究 |
4.1 前言 |
4.2 实验材料和方法 |
4.2.1 实验材料 |
4.3 实验方法 |
4.3.1 扣式电池的制作 |
4.3.2 ARC量热仪的使用 |
4.3.3 电极材料与结构的测试 |
4.4 结果和讨论 |
4.4.1 扣式电池热失控行为 |
4.4.2 固态聚合物电解质扣式电池热失控行为分析 |
4.4.3 锂金属负极材料的热性能研究 |
4.4.4 正极材料的热特性研究 |
4.5 小结 |
结论与展望 |
结论 |
展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果 |
(5)PEO基固态电解质锂盐的选择及其双盐高电压体系的制备及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 引言 |
1.1 锂离子电池简介 |
1.1.1 锂离子电池的结构以及工作原理 |
1.1.2 全固态锂金属电池 |
1.2 锂盐在全固态锂金属电池中的作用及影响 |
1.2.1 全固态锂金属电池中锂盐的作用及选择 |
1.2.2 电解质锂盐的分类 |
1.3 不同电解质锂盐的特点 |
1.3.1 常见无机锂盐性能 |
1.3.2 常见有机锂盐性能 |
1.4 全固态锂金属电池中锂盐的研究现状 |
1.4.1 锂盐存在的问题及解决方法 |
1.4.2 新型导电盐的研究 |
1.4.3 锂盐作为高电压添加剂的使用 |
1.5 本论文的研究内容以及意义 |
第二章 实验部分 |
2.1 实验原料试剂及实验仪器 |
2.2 实验仪器设备 |
2.3 测试内容及测试方法 |
2.3.1 形貌分析与结构表征手段 |
2.3.2 力学及热力学性能测试 |
2.3.3 界面电阻 |
2.3.4 离子电导率 |
2.3.5 锂离子迁移数 |
2.3.6 电化学稳定性窗口 |
2.3.7 电化学性能 |
第三章 不同锂盐在PEO基聚合物固态电解质中性能探究 |
3.1 引言 |
3.2 PEO基聚合物固态电解质膜的制备 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 不同锂盐聚合物固态电解质膜的宏观形貌 |
3.3.2 不同锂盐聚合物固态电解质膜的微观形貌 |
3.3.3 不同锂盐聚合物固态电解质膜本体电阻与离子电导率测试 |
3.3.4 不同锂盐聚合物固态电解质膜的电池性能测试 |
3.4 本章小结 |
第四章 双盐体系PEO基聚合物固态电解质在高电压全固态锂电池中的应用探究 |
4.1 引言 |
4.2 Li TFSI-Li ODFB双盐体系固态电解质膜的制备 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 锂盐的选择及双盐体系合适比例的探究 |
4.3.2 LiTFSI-LiODFB双盐体系固态电解质膜的物理性质 |
4.3.3 LiTFSI-LiODFB双盐体系固态电解质膜的物理表征 |
4.3.4 LiTSI-LiODFB双盐体系固态电解质膜的电化学性能测试 |
4.3.5 LiTFSI-LiODFB双盐体系固态电解质膜的电池性能测试 |
4.3.6 LiTFSI-LiODFB双盐体系固态电解质膜正极界面稳定性表征 |
4.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间公开发表论文及着作情况 |
(6)磁控溅射法制备固体电解质LAGP薄膜及其性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 前言 |
1.2 全固态薄膜锂/锂离子电池概述 |
1.2.1 全固态薄膜锂/锂离子电池结构 |
1.2.2 全固态薄膜锂/锂离子电池的工作原理 |
1.2.3 全固态薄膜锂/锂离子电池的研究进展 |
1.3 无机固体电解质薄膜概述 |
1.3.1 玻璃态锂离子无机固体电解质 |
1.3.2 晶体态锂离子无机固体电解质 |
1.4 LAGP固态电解质薄膜的研究现状 |
1.5 本文的研究意义与内容 |
第2章 实验及分析表征方法 |
2.1 实验药品和仪器 |
2.1.1 实验药品 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 薄膜制备方法 |
2.2.1 脉冲激光沉积(PLD) |
2.2.2 射频磁控溅射(RFMS) |
2.2.3 化学气相淀积(CVD) |
2.3 实验样品制备方法 |
2.3.1 LAGP固体电解质材料的制备 |
2.3.2 LAGP固体电解质靶材的制备 |
2.3.3 LAGP固体电解质薄膜的制备 |
2.3.4 Cu-LAGP-Cu结构的制备 |
2.4 分析及表征方法 |
2.4.1 X射线衍射分析(XRD) |
2.4.2 扫描电子显微镜(SEM) |
2.4.3 能谱仪(EDS) |
2.4.4 膜厚测试 |
2.4.5 电化学阻抗谱测试(EIS) |
2.4.6 循环伏安测试(CV) |
2.4.7 充放电性能测试 |
第3章 生长条件对制备LAGP薄膜的影响 |
3.1 溅射功率对薄膜制备的影响 |
3.1.1 溅射功率对LAGP薄膜沉积速率的影响 |
3.1.2 溅射功率对LAGP薄膜物相的影响 |
3.1.3 溅射功率对LAGP薄膜形貌的影响 |
3.1.4 溅射功率对LAGP薄膜成分的影响 |
3.2 气体压强对薄膜制备的影响 |
3.2.1 气体压强对LAGP薄膜沉积速率的影响 |
3.2.2 气体压强对LAGP薄膜物相的影响 |
3.2.3 气体压强对LAGP薄膜形貌及成分的影响 |
3.3 氧氩比例对薄膜制备的影响 |
3.3.1 氧氩比例对LAGP薄膜沉积速率的影响 |
3.3.2 氧氩比例对LAGP薄膜物相的影响 |
3.3.3 氧氩比例对LAGP薄膜形貌的影响 |
3.3.4 氩氧比例对LAGP薄膜成分的影响 |
3.4 衬底温度对薄膜制备的影响 |
3.4.1 衬底温度对LAGP薄膜沉积速率的影响 |
3.4.2 衬底温度对LAGP薄膜物相的影响 |
3.4.3 衬底温度对LAGP薄膜形貌的影响 |
3.4.4 衬底温度对LAGP薄膜成分的影响 |
3.5 退火温度对薄膜制备的影响 |
3.5.1 退火温度对LAGP薄膜物相的影响 |
3.5.2 退火温度对LAGP薄膜形貌的影响 |
3.5.3 退火温度对LAGP薄膜成分的影响 |
3.6 本章小结 |
第4章 LAGP固体电解质薄膜输运特性研究 |
4.1 溅射功率对LAGP薄膜离子电导率的影响 |
4.2 气体压强对LAGP薄膜离子电导率的影响 |
4.3 氧氩比例对LAGP薄膜离子电导率的影响 |
4.4 衬底温度对LAGP薄膜输运特性的影响 |
4.4.1 离子电导率分析 |
4.4.2 离子活化能计算 |
4.5 退火温度对LAGP薄膜输运特性的影响 |
4.5.1 离子电导率分析 |
4.5.2 离子活化能计算 |
4.6 本章小结 |
第5章 基于LAGP固体电解质的全固态薄膜电池的制备 |
5.1 正极LiCoO_2薄膜的制备和性能表征 |
5.1.1 LiCoO_2靶材的制备 |
5.1.2 LiCoO_2薄膜的制备 |
5.1.3 Li CoO_2薄膜的表征 |
5.1.4 LiCoO_2薄膜电池的性能分析 |
5.2 负极Si薄膜制备和性能研究 |
5.2.1 Si薄膜的制备和表征 |
5.2.2 Si薄膜电池电化学性能 |
5.3 全固态薄膜电池的制备和性能研究 |
5.3.1 全固态薄膜电池的制备 |
5.3.2 全固态薄膜电池的电化学性能 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间取得的科研成果 |
(7)NASICON型锂离子固态电解质的结构调控与性能研究(论文提纲范文)
作者简历 |
摘要 |
Abstract |
第一章 引言 |
1.1 背景 |
1.2 锂离子电池 |
1.2.1 锂离子电池发展历史 |
1.2.2 锂离子电池工作原理 |
1.2.3 锂离子电池研究现状 |
1.3 固态化锂离子电池 |
1.3.1 固态锂离子电池优势 |
1.3.2 固态锂离子电池的工作原理与制备工艺 |
1.3.3 固态锂离子电池面临的主要问题 |
1.4 无机锂离子固态电解质 |
1.4.1 无机锂离子固态电解质分类 |
1.4.2 无机锂离子固态电解质离子传导机理及影响因素 |
1.4.3 NASICON型固态电解质的研究进展 |
1.5 论文主要研究内容、目标和创新点 |
1.5.1 论文研究目标与内容 |
1.5.2 论文创新点 |
第二章 NASICON固态电解质的制备及表征方法 |
2.1 引言 |
2.2 NASICON粉体和电解质片的制备及表征 |
2.2.1 实验原料与实验仪器 |
2.2.2 NASICON基粉体的制备及表征 |
2.2.3 NASICON基电解质片的制备及表征 |
2.3 NASICON基电解质材料的电化学性能测试 |
2.3.1 单RC拟合 |
2.3.2 双RC拟合 |
2.3.3 三RC拟合 |
2.3.4 电导率和活化能的计算 |
第三章 LATP固态电解质的结构调控与离子传导行为研究 |
3.1 引言 |
3.2 熔融-淬火热处理制备LATP玻璃陶瓷电解质 |
3.2.1 制备过程及玻璃相结构 |
3.2.2 结晶化温度对玻璃陶瓷结构与性能的影响 |
3.3 烧结方式对LATP玻璃陶瓷电解质结构和性能的影响 |
3.3.1 烧结方式对玻璃陶瓷电解质结构的影响 |
3.3.2 烧结方式对玻璃陶瓷电解质电化学性能的影响 |
3.4 硼元素掺杂对LATP玻璃陶瓷电解质结构和性能的影响 |
3.4.1 硼元素掺杂对玻璃相结构与性能的影响 |
3.4.2 硼元素掺杂对陶瓷相结构与性能的影响 |
3.4.3 硼元素掺杂对玻璃陶瓷相结构与性能的影响 |
3.5 LATP离子传导影响机制分析 |
3.5.1 材料内部的晶界结构分析 |
3.5.2 晶界结构调控设计思路 |
3.6 本章小结 |
第四章 LZP固态电解质的结构调控与离子传导行为研究 |
4.1 引言 |
4.2 液相法制备LZP陶瓷电解质 |
4.2.1 制备过程及工艺优化 |
4.2.2 锂含量对LZP陶瓷的结构和性能的影响 |
4.3 Ga元素掺杂对LZP陶瓷电解质结构和性能的影响 |
4.3.1 Ga元素Li位掺杂取代对结构和性能的影响 |
4.3.2 Ga元素Zr位掺杂取代对结构和性能的影响 |
4.4 LZP结构体系中的Meyer-Neldel效应 |
4.4.1 不同组分中LZP结构中的活化能与指前因子 |
4.4.2 Meyer-Neldel能量的计算 |
4.5 LZP离子传导影响机制分析 |
4.5.1 活化能影响离子传导 |
4.5.2 熵变影响离子传导 |
4.6 本章小结 |
第五章 LATP与 LZP固态电解质的环境稳定性研究 |
5.1 引言 |
5.2 原位APXPS测试固态电解质 |
5.2.1 APXPS测试原理 |
5.2.2 未清洁LZP陶瓷表面初始结构 |
5.2.3 UHV和 O_2环境条件下原位热处理 |
5.2.4 样品表面的“荷电效应” |
5.3 硬X射线测试LATP与 LZP固态电解质 |
5.3.1 LiZr_2(PO_4)_3在Ar和 H_2O条件下的原位APXPS表征 |
5.3.2 Li_(1.05)Ga_(0.05)Zr_(1.95)(PO_4)_3在Ar和 H_2O条件下的原位APXPS表征 |
5.3.3 Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3在Ar和 H_2O条件下的原位APXPS表征 |
5.3.4 谱图半峰宽与结构的关系 |
5.4 水环境对LiZr_2(PO_4)_3结构和电化学性能的影响 |
5.4.1 水环境对LiZr_2(PO_4)_3结构的影响 |
5.4.2 水环境对LiZr_2(PO_4)_3电化学性能的影响 |
5.5 水环境对Li_(1.05)Ga_(0.05)Zr_(1.95)(PO_4)_3结构和电化学性能的影响 |
5.5.1 水环境对Li_(1.05)Ga_(0.05)Zr_(1.95)(PO_4)_3结构的影响 |
5.5.2 水环境对Li_(1.05)Ga_(0.05)Zr_(1.95)(PO_4)_3电化学性能的影响 |
5.6 NASICON电解质与水反应机理分析 |
5.6.1 不同水处理时间对LZP组成的影响 |
5.6.2 NASICON电解质与水的可能性反应机理 |
5.7 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
(8)高氟化含硼固液混合电解质制备及其在高电压固态锂电池中的应用及机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 引言 |
1.1 锂离子电池简介 |
1.1.1 锂离子电池的发展史 |
1.1.2 锂离子电池的结构以及工作原理 |
1.2 固态锂离子电池 |
1.2.1 固态锂离子电池概述 |
1.2.2 固态电解质研究现状 |
1.2.3 固态锂离子电池面临的挑战 |
1.3 固液混合电解质 |
1.3.1 凝胶态聚合物电解质(GPEs) |
1.3.2 液体-氧化物固液混合电解质 |
1.3.3 液体-无机-有机复合混合电解质 |
1.4 固液混合电解质中液态电解质 (LE)与固态电解质 (SE)的界面反应 |
1.5 本论文的研究内容以及意义 |
第二章 实验部分 |
2.1 实验原料试剂及实验仪器 |
2.2 测试内容及测试方法 |
2.2.1 形貌分析与结构表征手段 |
2.2.2 电化学性能表征手段 |
2.2.3 电池性能表征 |
第三章 高氟化含硼固液混合电解质制备及其电化学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 复合固态电解质膜的制备 |
3.2.2 氟化溶剂甲基(2,3,3,3-四氟-2-(2,2,3,4,4,4-六氟-3-(全氟丙氧基)丁氧基)丙基)碳酸酯(PFEMC)的合成 |
3.2.3 液态电解质的制备 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 复合固态电解质膜的形貌和结构 |
3.3.2 复合固态电解质膜与不同成分电解液的化学相容性 |
3.3.3 固液混合电解质的安全性能测试 |
3.3.4 固液混合电解质的电化学性质表征 |
3.3.5 高压固态锂电池NCM622|Li的电化学性能表征 |
3.4 本章小结 |
第四章 高氟含硼固液混合电解质应用于高电压固态锂离子电池的SLEI界面机理研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验方法 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 Li~+在正极|电解质界面迁移的动力学研究 |
4.3.2 SLEI的形貌表征 |
4.3.3 SLEI的结构表征 |
4.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间公开发表论文及着作情况 |
(9)PEO基复合聚合物电解质的制备及离子传导性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 固态锂离子电池的概述 |
1.3 固态聚合物电解质的简述 |
1.3.1 固态聚合物电解质工作机制 |
1.3.2 固态聚合物电解质的满足条件 |
1.3.3 固态聚合物电解质的分类及特点 |
1.3.4 聚合物电解质的挑战 |
1.4 PEO基聚合物电解质概述 |
1.4.1 PEO基聚合物电解质简介 |
1.4.2 PEO基聚合物电解质的类别 |
1.5 多金属氧酸盐(多酸)简述 |
1.5.1 多酸的概述 |
1.5.2 多酸在电解质中的研究现状 |
1.6 选题意义与主要研究内容 |
1.6.1 选题意义 |
1.6.2 主要研究内容 |
第二章 实验部分 |
2.1 实验原料及试剂 |
2.2 实验仪器 |
2.3 材料表征 |
2.3.1 扫描电子显微镜(SEM) |
2.3.2 粉末X-射线衍射(XRD) |
2.3.3 热重分析 |
2.3.4 红外光谱分析 |
2.3.5 核磁共振氢谱 |
2.4 电化学测试 |
2.4.1 交流阻抗测试 |
第三章 金属有机框架材料掺杂的PEO基聚合物电解质的制备与性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 材料合成 |
3.2.2 材料的表征 |
3.2.3 电化学测试 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 NENU-3(Li)的物理表征 |
3.3.2 PEO/PVDF/NENU-3(Li)电解质膜的物理表征 |
3.3.3 PEO/PVDF/NENU-3(Li)电解质膜的离子电导率和离子迁移数测试 |
3.4 本章结论 |
第四章 丁二腈与多酸掺杂的PEO基聚合物电解质的制备及性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 材料合成 |
4.2.2 材料表征 |
4.2.3 电化学测试 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 PEO/PVDF/SN/LPM电解质膜的表征 |
4.3.2 PEO/PVDF/SN/LPM电解质膜的离子电导率和离子迁移数测试 |
4.3.3 PEO/PVDF/SN/LPW电解质膜的物理表征 |
4.3.4 PEO/PVDF/SN/LPW电解质膜的离子电导率及离子迁移数 |
4.4 本章结论 |
第五章 离子液体与多酸掺杂的PEO基聚合物电解质的制备及性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 材料合成 |
5.2.2 材料表征 |
5.2.3 电化学测试 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 离子液体(IL)的表征 |
5.3.2 LPM-IL复合材料电导率测试 |
5.3.3 PEO/PVDF/LPM-IL电解质膜的表征 |
5.3.4 PEO/PVDF/LPM-IL电解质膜的离子电导率以及离子迁移数测试 |
5.3.5 PEO/PVDF/LPW-IL电解质膜的物理表征 |
5.3.6 PEO/PVDF/LPW-IL的离子电导率和离子迁移数测试 |
5.4 本章结论 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间公开发表论文及着作情况 |
(10)磁控溅射法制备Li2FexSiO4薄膜及其电化学性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 全固态锂离子电池概述 |
1.2.1 全固态薄膜锂离子电池发展简史及现状 |
1.2.2 全固态锂离子电池结构 |
1.2.3 全固态锂离子电池工作原理 |
1.3 正极材料概述 |
1.3.1 钒氧化物 |
1.3.2 六方层状结构正极薄膜 |
1.3.3 尖晶石结构正极薄膜 |
1.3.4 橄榄石结构正极薄膜 |
1.4 Li_2FeSiO_4正极材料及其薄膜的研究进展 |
1.5 薄膜制备方法 |
1.5.1 脉冲激光沉积(PLD) |
1.5.2 射频磁控溅射(RFMS) |
1.5.3 化学气相沉积(CVD) |
1.6 论文研究意义及主要内容 |
第二章 实验方法及表征手段 |
2.1 实验药品和仪器 |
2.1.1 实验药品 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 表征方法 |
2.2.1 X射线衍射分析(XRD) |
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM) |
2.2.3 能谱仪(EDS) |
2.3 实验样品的制备 |
2.3.1 Li_2Fe_xSiO_4靶材制备 |
2.3.2 Li_2Fe_xSiO_4薄膜制备 |
2.3.3 扣式电池组装 |
2.4 电化学性能测试 |
2.4.1 循环伏安测试(CV) |
2.4.2 充放电性能测试 |
2.4.3 电化学交流阻抗谱(EIS) |
2.4.4 动电位扫描测试(DPS) |
第三章 Li_2Fe_xSiO_4薄膜制备 |
3.1 实验样品制备 |
3.1.1 靶材制备 |
3.1.2 靶材XRD分析 |
3.2 溅射工艺条件对Li_2Fe_xSiO_4薄膜的影响 |
3.2.1 溅射功率对薄膜的影响 |
3.2.2 溅射压强对薄膜的影响 |
3.3 薄膜物相及形貌分析 |
3.3.1 退火前薄膜物相及形貌分析 |
3.3.2 退火温度对薄膜物相及形貌的影响 |
3.4 Fe~(2+)含量不同对薄膜物相及形貌的影响 |
3.5 本章小结 |
第四章 Li_2Fe_xSiO_4薄膜输运特性研究 |
4.1 Li_2Fe_xSiO_4的离子跃迁势垒 |
4.1.1 模型构建与计算方法 |
4.1.2 Li_2Fe_xSiO_4的晶格参数变化 |
4.1.3 Li_2Fe_xSiO_4的离子跃迁势垒 |
4.2 Li_2Fe_xSiO_4薄膜材料输运特性测试样品制备 |
4.3 Li_2Fe_xSiO_4薄膜的电子与离子电导率 |
4.3.1 Fe原子含量对Li_2Fe_xSiO_4薄膜电导率的影响 |
4.3.2 测试温度对Li_2Fe_xSiO_4薄膜电导率的影响 |
4.3.3 退火温度对Li_2Fe_xSiO_4薄膜电导率的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 Li_2Fe_xSiO_4薄膜电化学性能研究 |
5.1 Fe原子含量不同对薄膜电化学性能的影响 |
5.1.1 薄膜循环伏安曲线分析 |
5.1.2 薄膜充放电及循环性能分析 |
5.1.3 薄膜倍率特性分析 |
5.1.4 锂离子扩散系数分析 |
5.2 退火温度对薄膜电化学性能的影响 |
5.2.1 薄膜循环伏安曲线分析 |
5.2.2 薄膜充放电及循环性能分析 |
5.2.3 薄膜倍率特性分析 |
5.2.4 锂离子扩散系数分析 |
5.3 本章小结 |
第六章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间取得的科研成果 |
四、国外固态锂离子电池生产与应用现状(论文参考文献)
- [1]石榴石型固态电解质及负极界面性能研究[D]. 张赛赛. 北京科技大学, 2021
- [2]活性物质球磨及复合改性对半固态锂离子悬浮液性能的影响研究[D]. 陈涛. 浙江大学, 2021(09)
- [3]固态锂电池关键材料表界面稳定性研究[D]. 聂凯会. 中国科学院大学(中国科学院物理研究所), 2021
- [4]锂离子电池热失控行为研究[D]. 杨坤. 江汉大学, 2021
- [5]PEO基固态电解质锂盐的选择及其双盐高电压体系的制备及性能研究[D]. 郑悦. 东北师范大学, 2021(12)
- [6]磁控溅射法制备固体电解质LAGP薄膜及其性能研究[D]. 杨豹. 河北大学, 2021(09)
- [7]NASICON型锂离子固态电解质的结构调控与性能研究[D]. 段姗姗. 中国地质大学, 2021
- [8]高氟化含硼固液混合电解质制备及其在高电压固态锂电池中的应用及机理研究[D]. 李欣. 东北师范大学, 2021(12)
- [9]PEO基复合聚合物电解质的制备及离子传导性能研究[D]. 朱丽洁. 东北师范大学, 2021(12)
- [10]磁控溅射法制备Li2FexSiO4薄膜及其电化学性能研究[D]. 赵锦涛. 河北大学, 2021(09)
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