鋰離子電池固態(tài)電解質制備及性能研究【開題報告】

1、開題報告開題報告應用化學應用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固態(tài)電解質制備及性能研究一、選題的背景與意義鋰無機固態(tài)電解質（ionconduct）又稱鋰快離子導體（superionconduct），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）型結構鋰離子電解質、NASICON型結構鋰離子電解質、LISICON型結構鋰離子電解質等；非晶態(tài)電解質又稱玻璃態(tài)電解質，目前已研究

2、的有氧化物玻璃態(tài)鋰離子電解質、硫化物玻璃態(tài)鋰離子電解質等[15]。其導電機制是，鋰無機固態(tài)電解質具有載流子，在導電過程中伴隨著Li的遷移，并且導電能力跟溫度有密切關系。圖1.列舉了部分重要的晶態(tài)和非晶態(tài)無機固態(tài)電解質的離子電導率[3]。圖1.部分重要的晶態(tài)和非晶態(tài)無機固態(tài)電解質的離子電導率的Arrhenius曲線Fig.1.Arrheniusplotofionicconductivityofimptantcrystallineampho

3、usinganicsolidlithiumionconduct.NASICON晶體結構(A=GeTiZr)發(fā)現(xiàn)于1968年。這個結構被描述成AO6IV243NaA(PO)正八面體和PO4正四面體組成的共價鍵結構[A2P3O12]形成3D相互聯(lián)系通道和兩種分布導電離子間隙位置（M和M）。導電離子越過瓶頸從一個位置移動到另一個位置，瓶頸的大小取決于兩種間隙位置（M和M）的骨架離子性質和載體濃度。結果是，NASICON類型化合物的結構和電化學

4、性質隨著骨架組成的不同而變化。比如，在化學通式為LiA’IV2xA’’IVx(PO4)3的化合物，晶胞參數(shù)a和c取決于A’IV和A’’IV陽離子大小。已獲得的最小晶胞是。通過三價陽離子(AlCr243LiGe(PO)GaFeScInLuYLa)取代八面體中的Ti4位置，可以提高陶瓷的燒結性能，降低晶粒邊界電阻，一、研究的基本內容與擬解決的主要問題：研究的基本內容：為制備離子電導率高而成本低的鋰離子固態(tài)電解質，本文采用浙江三門地區(qū)豐富的粘

5、土礦(XRF分析數(shù)據(jù)見下表1.3)為原料，以LiTi2(PO4)3為基，摻雜異價離子（AlMgSi），合成制備了NASICON型鋰離子固態(tài)電解質Li12x2yAlxMgyTi2xySixP3xO12，并進行了XRD測試、紅外光譜測試及交流阻抗技術測試分析了材料的結構特征、離子電導率和活化能。表1.3浙江三門粘土礦XRF組成分析Table1.3ThecomponentofTheclayminerallocatedinSanmenZheji

6、angbyXRFCompositionSiO2Al2O3Fe2O3K2ONa2OMgOTiO2Wt%69.9213.976.434.211.971.860.72擬解決的主要問題：本實驗旨在制備出性能優(yōu)良的鋰快離子導體，通過摻雜異價離子可以明顯提高LiTi2(PO4)3電導率，所以確定摻雜異價離子的種類和配比至關重要。摻雜離子的種類的選擇及配比：摻雜離子的種類和配比直接決定了其在母體晶格中的作用方式、影響材料晶體的三維通道大小、合成物中填

7、隙Li離子數(shù)量及提高離子電導率的能力。摻雜離子的配比等因素目前還缺乏理論指導，只能通過大量細致的實驗來進行探索。二、研究的方法與技術路線：本項目采用高溫固相合成法，以LiM2(PO4)3為基，以三門地區(qū)粘土礦為起始原料，摻雜異價離子（Mg、Al等），采用高溫固相法來合成快離子導體材料Li12x2yAlxMgyTi2xySixP3xO12。1、鋰快離子導體Li12x2yAlxMgyTi2xySixP3xO12的高溫固相法合成制備：將不同的

8、原材料按化學計量數(shù)稱量，以無水乙醇為介質球磨數(shù)小時，在馬弗爐內選擇適宜的溫度下燒結。2、鋰快離子導體Li12x2yAlxMgyTi2xySixP3xO12的結構表征：對合成制備出的鋰快離子導體Li12x2yAlxMgyTi2xySixP3xO12進行XRD分析、紅外光譜分析，研究其晶體結構特征。3、鋰快離子導體Li12x2yAlxMgyTi2xySixP3xO12電化學性能測試：對合成制備出的鋰快離子導體Li12x2yAlxMgyTi2