鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)制備及性能研究【開(kāi)題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+畢業(yè)論文】

1、1本科畢業(yè)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告開(kāi)題報(bào)告應(yīng)用化學(xué)應(yīng)用化學(xué)鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)制備及性能研究鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)制備及性能研究一、選題的背景與意義鋰無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)（ionconduct）又稱(chēng)鋰快離子導(dǎo)體（superionconduct），按其晶體結(jié)構(gòu)分為晶態(tài)電解質(zhì)和非晶態(tài)電解質(zhì)。晶態(tài)電解質(zhì)又稱(chēng)導(dǎo)電陶瓷，目前已研究的有鈣鈦礦（ABO3）型結(jié)構(gòu)鋰離子電解質(zhì)、NASICON型結(jié)構(gòu)鋰離子電解質(zhì)、LISICON型結(jié)構(gòu)鋰離子電解質(zhì)等；非晶態(tài)電解質(zhì)又

2、稱(chēng)玻璃態(tài)電解質(zhì)，目前已研究的有氧化物玻璃態(tài)鋰離子電解質(zhì)、硫化物玻璃態(tài)鋰離子電解質(zhì)等[15]。其導(dǎo)電機(jī)制是，鋰無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)具有載流子，在導(dǎo)電過(guò)程中伴隨著Li的遷移，并且導(dǎo)電能力跟溫度有密切關(guān)系。圖1.列舉了部分重要的晶態(tài)和非晶態(tài)無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率[3]。圖1.部分重要的晶態(tài)和非晶態(tài)無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率的Arrhenius曲線Fig.1.Arrheniusplotofionicconductivityofimptantcry

3、stallineamphousinganicsolidlithiumionconduct.NASICON晶體結(jié)構(gòu)(A=GeTiZr)發(fā)現(xiàn)于1968年。這個(gè)結(jié)構(gòu)被描述成IV243NaA(PO)AO6正八面體和PO4正四面體組成的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)[A2P3O12]形成3D相互聯(lián)系通道和兩種分布導(dǎo)電離子間隙位置（M和M）。導(dǎo)電離子越過(guò)瓶頸從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，瓶頸3電壓在4V以上。張保柱[10]以LiTi2(PO4)3為基，以山西煤矸石為起始

4、原料合成制備出的Li12x2yAlxMgyTi2xySixP3xO12系列快離子導(dǎo)體，x=0.1y≤0.7x=0.2y≤0.6均可得到R3C結(jié)構(gòu)，x=0.1y=0.1離子電導(dǎo)率最大，為1.31104Scm（室溫下）。鋰無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)用于鋰離子電池，其突出優(yōu)點(diǎn)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(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境無(wú)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(dǎo)體具有NASICON結(jié)構(gòu)，離

5、子電導(dǎo)率高，對(duì)空氣穩(wěn)定，材料來(lái)源廣泛，成本低，有望應(yīng)用于全固態(tài)鋰離子電池中。一、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問(wèn)題：研究的基本內(nèi)容：為制備離子電導(dǎo)率高而成本低的鋰離子固態(tài)電解質(zhì)，本文采用浙江三門(mén)地區(qū)豐富的粘土礦(XRF分析數(shù)據(jù)見(jiàn)下表1.3)為原料，以LiTi2(PO4)3為基，摻雜異價(jià)離子（AlMgSi），合成制備了NASICON型鋰離子固態(tài)電解質(zhì)Li12x2yAlxMgyTi2xySixP3xO12，并進(jìn)行了XRD測(cè)試、紅外光譜測(cè)試及交

6、流阻抗技術(shù)測(cè)試分析了材料的結(jié)構(gòu)特征、離子電導(dǎo)率和活化能。表1.3浙江三門(mén)粘土礦XRF組成分析Table1.3ThecomponentofTheclayminerallocatedinSanmenZhejiangbyXRFCompositionSiO2Al2O3Fe2O3K2ONa2OMgOTiO2Wt%69.9213.976.434.211.971.860.72擬解決的主要問(wèn)題：本實(shí)驗(yàn)旨在制備出性能優(yōu)良的鋰快離子導(dǎo)體，通過(guò)摻雜異價(jià)離子可

7、以明顯提高LiTi2(PO4)3電導(dǎo)率，所以確定摻雜異價(jià)離子的種類(lèi)和配比至關(guān)重要。摻雜離子的種類(lèi)的選擇及配比：摻雜離子的種類(lèi)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、合成物中填隙Li離子數(shù)量及提高離子電導(dǎo)率的能力。摻雜離子的配比等因素目前還缺乏理論指導(dǎo)，只能通過(guò)大量細(xì)致的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行探索。二、研究的方法與技術(shù)路線：本項(xiàng)目采用高溫固相合成法，以LiM2(PO4)3為基，以三門(mén)地區(qū)粘土礦為起始原料，摻雜異價(jià)離子（M