基于固體電解質(zhì)燒結(jié)片的全固態(tài)鋰離子薄膜電池的研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步，小型化、輕量化的設(shè)備越來(lái)越多，人們對(duì)電池行業(yè)也提出了更高的要求。近幾年來(lái)，鋰離子二次電池由于高能量、長(zhǎng)壽命、安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。然而，鋰離子電池的電解質(zhì)材料大多為有機(jī)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(xiàn)狀，本文對(duì)鋰離子固體電解質(zhì)材料Li1+xAlxTi2-x(PO4)3進(jìn)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(zhì)。通過(guò)X-衍射、掃描電鏡、電化學(xué)工作站等測(cè)試手段分析了Li1+xAlxTi2-x(PO4)3 體系的物相、表面形貌、離子電導(dǎo)率及活化能，探討了Al3+的最佳摻雜量。結(jié)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(jié)晶性，燒結(jié)片具有較高的離子電導(dǎo)率和較小的活化能，合成的粉末與燒結(jié)片之間的結(jié)晶性與結(jié)構(gòu)差異不大。當(dāng)Al3+摻雜量從0增加到0

3、.3時(shí)，離子電導(dǎo)率逐漸增大，且到0.3時(shí)其值達(dá)到最大，但當(dāng)摻雜量進(jìn)一步增加時(shí)，離子電導(dǎo)率迅速下降。
　　 活化能的變化趨勢(shì)則與離子電導(dǎo)率相反。
　　 通過(guò)改變Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3粉末和燒結(jié)片的燒結(jié)溫度和時(shí)間，探討了固體電解質(zhì)燒結(jié)片的最佳熱處理?xiàng)l件。結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)條件下制備的固體電解質(zhì)Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3粉末和燒結(jié)片都具有較好的結(jié)晶性。Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3燒

4、結(jié)片的離子電導(dǎo)率和活化能隨著燒結(jié)條件的改變而呈現(xiàn)有規(guī)律的變化，其中，將900℃熱處理2h的粉末壓片，再經(jīng)900℃煅燒2h 制得的燒結(jié)片，其離子電導(dǎo)率最高（3.46×10-4S·cm-1）、活化能最低（0.2821eV），同時(shí)燒結(jié)片的表面也相對(duì)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(guò)X-射線衍射、掃描電鏡對(duì)產(chǎn)物的物相和表面形貌進(jìn)行分析，并采用交流

5、阻抗分析了產(chǎn)物的離子電導(dǎo)率和活化能。結(jié)果顯示，在實(shí)驗(yàn)條件下，合成的粉末和燒結(jié)片都具有良好的結(jié)晶性。所有燒結(jié)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(jié)片相對(duì)比較致密。經(jīng)電化學(xué)分析得知，添加量為1wt.％的燒結(jié)片在900℃熱處理2h后有較高的離子電導(dǎo)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(jīng)過(guò)恒電流充放電的性能測(cè)試。同時(shí)，通過(guò)X-衍射探討了合成LiMn2O4、Li4Ti5O12薄膜的化學(xué)計(jì)量比、熱處理溫度和時(shí)間。結(jié)果表明：合成正極薄膜、負(fù)極薄膜的熱處理?xiàng)l件分別為：600℃-10min、700℃-10min，且實(shí)驗(yàn)條件下LiMn2O4 正極薄膜和Li4Ti5O12負(fù)極薄膜的前驅(qū)體