鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)制備及性能研究【開題報告】

1、開題報告開題報告應(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機(jī)固態(tài)電解質(zhì)（ionconduct）又稱鋰快離子導(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)又稱玻璃態(tài)電解質(zhì)，目前已研究

2、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，鋰無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)具有載流子，在導(dǎo)電過程中伴隨著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)無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率的Arrhenius曲線Fig.1.Arrheniusplotofionicconductivityofimptantcrystallineampho

3、usinganicsolidlithiumionconduct.NASICON晶體結(jié)構(gòu)(A=GeTiZr)發(fā)現(xiàn)于1968年。這個結(jié)構(gòu)被描述成AO6IV243NaA(PO)正八面體和PO4正四面體組成的共價鍵結(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(zhì)和載體濃度。結(jié)果是，NASICON類型化合物的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)

4、性質(zhì)隨著骨架組成的不同而變化。比如，在化學(xué)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(jié)性能，降低晶粒邊界電阻，一、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題：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(zhì)Li12x2yAlxMgyTi2xySixP3xO12，并進(jìn)行了XRD測試、紅外光譜測試及交流阻抗技術(shù)測試分析了材料的結(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(shí)驗(yàn)旨在制備出性能優(yōu)良的鋰快離子導(dǎo)體，通過摻雜異價離子可以明顯提高LiTi2(PO4)3電導(dǎo)率，所以確定摻雜異價離子的種類和配比至關(guān)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(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)，只能通過大量細(xì)致的實(shí)驗(yàn)來進(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(dǎo)體材料Li12x2yAlxMgyTi2xySixP3xO12。1、鋰快離子導(dǎo)體Li12x2yAlxMgyTi2xySixP3xO12的高溫固相法合成制備：將不同的

8、原材料按化學(xué)計(jì)量數(shù)稱量，以無水乙醇為介質(zhì)球磨數(shù)小時，在馬弗爐內(nèi)選擇適宜的溫度下燒結(jié)。2、鋰快離子導(dǎo)體Li12x2yAlxMgyTi2xySixP3xO12的結(jié)構(gòu)表征：對合成制備出的鋰快離子導(dǎo)體Li12x2yAlxMgyTi2xySixP3xO12進(jìn)行XRD分析、紅外光譜分析，研究其晶體結(jié)構(gòu)特征。3、鋰快離子導(dǎo)體Li12x2yAlxMgyTi2xySixP3xO12電化學(xué)性能測試：對合成制備出的鋰快離子導(dǎo)體Li12x2yAlxMgyTi2