磷酸鈦鋁鋰的制備及其在鋰空氣二次電池中的應(yīng)用.pdf

1、鋰空氣電池由于具有較高的能量密度而受到人們的關(guān)注，而傳統(tǒng)的鋰空氣電池由于僅僅采用有機(jī)電解液，導(dǎo)致負(fù)極金屬鋰極易受到空氣中水及二氧化碳的腐蝕，限制了鋰空氣電池的循環(huán)性能及穩(wěn)定性能。以固體電解質(zhì)制備的新型鋰空氣電池成為改善鋰空氣電池循環(huán)性能的突破。因此，制備具有高離子電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)成為提高鋰空氣電池性能的關(guān)鍵。
　　本文選取LATP（Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3）鋰離子固體電解質(zhì)為研究對(duì)象，探討了不同制備工藝，添加劑

2、的摻雜等對(duì)LATP鋰離子固體電解質(zhì)離子電導(dǎo)率、機(jī)械性能等的影響，確定了制備LATP鋰離子固體電解質(zhì)的最佳化學(xué)計(jì)量比及工藝條件；另外，還以LATP固體電解質(zhì)組裝了鋰空氣電池，確定了鋰空氣電池的結(jié)構(gòu)，并研究了鋰空氣電池的循環(huán)性能及穩(wěn)定性能。
　　采用高溫固相法制備LATP鋰離子固體電解質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)，磷酸鋰的摻雜對(duì)LATP固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率的改善不明顯，而二氧化硅的摻雜可有效提高LATP固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，在Li1.3+yTi1

3、.7Al0.3SiyP3-yO12（y=0、0.1、0.2、0.3）中，當(dāng)二氧化硅的摻雜量為y=0.1時(shí)，制備的LATP固體電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率最高，可達(dá)1.1×10-4 S·cm-1。采用整體析晶法制備LATP微晶玻璃時(shí)，硼酸的摻雜可有效降低LATP玻璃的熔融溫度，改善LATP固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，當(dāng)硼酸的摻雜量為70％時(shí)，制備的LATP固體電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率最高，可達(dá)9.91×10-5 S·cm-1。
　　以LATP微

4、晶玻璃為鋰離子固體電解質(zhì)組裝鋰空氣電池發(fā)現(xiàn)，采用10 mol/L的氯化鋰與0.1 mol/L的氫氧化鋰混合溶液為水相，制備的鋰空氣電池的循環(huán)性能及穩(wěn)定性能較好，當(dāng)采取限制容量為1 mAh的方式充放電時(shí)，循環(huán)5次未出現(xiàn)明顯電壓衰減。
　　對(duì)LATP的差熱分析曲線進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)Li1.4Ti1.7Al0.3Si0.1P2.9O12微晶玻璃的析晶活化能為331.146 KJ/mol，晶體生長指數(shù)為3，表明Li1.4Ti1.7Al0.3