LCBO助烧结剂在锂镧锆钽氧电解质烧结中的应用

使用基于Li_(2) CO_(3)-Li_(3) BO_(3)二元共熔体系的Li_(2.3)C_(0.7)B_(0.3)O_(3)助烧结剂辅助锂镧锆钽氧(LLZTO)电解质的烧结过程,并使用这种电解质与商业磷酸铁锂正极组装全电池研究其电化学性能。结果表明,LLZTO@LCBO固态电解质具备高离子电导率(5.1×10^(-4)S/cm)和优异的电化学性能,LiFePO_(4)|LLZTO@LCBO|Li电池能够支持1C倍率下稳定充放电,在0.5C下充放电循环100次后,放电容量为124.6mAh/g,容量保持率为94.7%。

锂镧锆氧固体电解质烧结方法的研究进展

长期以来,安全问题一直是制约锂电池发展应用的瓶颈。用固态电解质代替液体电解液是突破此瓶颈的最有效方法之一。固态电解质Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)离子电导率高、电子电导率低、电化学稳定窗口宽,而且与Li负极接触电化学稳定性好,应用潜力大,故Li7La3Zr2O12的烧结制备方法一直是电池领域的研究热点。阐述了Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)的烧结方法,包括固相烧结法、微波烧结法、助烧剂辅助烧结法、场助烧结法、高温快速烧结法,总结了它们各自的特点。为优化现有烧结方法工艺以及寻求更好烧结方法提供参考,对烧结方法的发展方向进行了展望。

固态电解质锂镧锆氧(LLZO)的研究进展

高安全、高能量密度以及长寿命全固态电池被视为下一代最重要的储能技术之一,而开发高性能固态电池的核心之一就是制备性能匹配的固态电解质。石榴石型的Li7La3Zr2O12(LLZO)固态电解质因其高离子电导(室温下约10-3 S/cm)、高电化学稳定性和对正极材料及锂金属负极良好的化学稳定性,自2007年被发现之后,便被认为是颇具前景的一类固态电解质材料。本文系统地综述了LLZO在结构调控、掺杂策略、离子输运机制认识以及界面稳定策略等最新进展;总结了对富锂石榴石结构、快离子输运行为的认识过程;并系统介绍了优化正极/负极与石榴石型固体电解质界面结构,改善界面润湿性的解决思路及LLZO基固态电解质材料构筑固态电池的进展,以期为探索全固态锂离子电池的实际应用提供借鉴。

无定型锂镧锆氧固态电解质薄膜的制备及其性能

为探究溶胶-凝胶前驱体对锂镧锆氧(LLZO)无定型固态电解质薄膜性能的影响,分别以硝酸盐、金属醇盐为原料,通过多次旋涂和低温退火工艺制备锂离子传导无定型薄膜电解质;采用XRD、TEM、SEM、AFM等物理表征及电化学方法探究电解质薄膜的结构、形貌及电化学性能。结果表明:2种前驱体制备的固态电解质薄膜主要为无定型结构;采用金属醇盐制备的锂镧锆氧薄膜表面更为致密平滑,室温下其锂离子电导率为3.94×10^(-7)S/cm,而采用硝酸盐前驱体制备的锂镧锆氧薄膜固态电解质的离子电导率仅为9.75×10^(-8)S/cm,说明以金属醇盐前驱体制备的锂镧锆氧薄膜电解质具有更优的结构和形貌,以及更高的电化学性能。

微量Al掺杂修饰金属锂与固态电解质界面的研究

石榴石型固态电解质具有离子电导率高、机械强度高、电化学窗口宽等特性,但在较高电流密度下仍有金属锂枝晶问题。本文提出一种能提升金属锂与固态电解质界面稳定性的方法,在熔融Li中引入少量的Al,达到了提高固态电池的性能的目的。在固定电流密度和固定30 min的电化学剥离沉积测试中,Li(Al)|LLZTOLi(Al)对称电池极限电流密度达到0.8 mA·cm^(-2),电压曲线在1.0 mA·cm^(-2)处才产生极化现象,在1.2 mA·cm^(-2)处失效。与现有研究对比,循环稳定性与倍率性能均有显著提升。

双掺杂提升Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)锂离子传导能力

Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固体电解质由于优越的综合性能,而极有可能应用于全固态锂电池。但其较低的锂离子电导率影响了电池性能。为进一步提高其锂离子传导能力,采用一定量Ga掺杂锂位将其稳定为立方相,并将不同半径的Cr^(3+),Sc^(3+),Gd^(3+)分别掺杂锆位,并研究它们对LLZO结构及性能的影响。结果表明,Ga,Sc共掺时制备的Li_(6.4)Ga_(0.25)La_(3)Zr_(1.85)Sc_(0.15)O_(12)具有最高的室温离子电导率,可达1.20×10^(-3 )S/cm,而活化能仅为0.22 eV。

锂镧锆钽氧改性对固态锂离子电池的性能影响

利用无水乙醇离心洗涤法对LLZTO进行预处理,对LLZTO与PVDF溶液凝胶变色的原因进行了研究,通过XRD,FTIR,ICP测试手段对LLZTO中碱性杂质的成分进行了研究,对洗涤前后的LLZTO的离子电导率、固态电解质膜的离子电导率和SEM照片进行了对比,并对分别使用洗涤前后的LLZTO的固态锂离子电池的电化学性能进行了对比测试。结果表明,使得LLZTO与PVDF溶液凝胶变色的原因为LLZTO中的碱性杂质,其主要成分为LiOH。通过无水乙醇离心洗涤能对碱性杂质做到良好的去除,可以将LLZTO的离子电导率提高约1.668×10-4S·cm-1,固态电解质膜的离子电导率提高约1×10^-4S·cm^-1。去除碱性杂质的固态电解质膜成膜性更好,并且其电池的循环稳定性更好,循环200圈过后比使用未洗涤的LLZTO的电池容量高约50mAh·g^-1。

锂离子电池固体电解质的研究与进展

固态锂离子电池因具备能量密度高、安全性能好等优点,已经成为了未来动力电池的主流发展方向。该文详细梳理了固态锂离子电池的组成和特性以及其核心组成部分─固体电解质的类型与研究进展;简述了当前固态锂离子电池的研发现状,重点阐述了石榴石型锂镧锆氧(Li7La3Zr2O12)基固体电解质在改善锂离子电导率以及界面调控的研究。该类型固体电解质凭借良好的室温离子电导率、优异的金属锂复合相容性,以及在应用环境下可靠稳定的突出特性,有望成为未来全固态锂离子动力电池的重要组成单元。指出固体电解质材料的研发势将会对未来固态锂离子动力电池乃至电动汽车领域的发展提供巨大的推力,前景广阔。

锰酸锂电池正极材料高温包覆改性研究

对尖晶石Li Mn2O4材料进行表面修饰能够在一定程度上减少电极材料和电解液的直接接触,抑制锰元素溶解。通过Pechini法制备了不同包覆量(1、1. 5和2 wt%)的锂镧锆氧固态电解质/锰酸锂复合材料。当包覆量为1. 5 wt%时,复合正极材料首次放电容量达到112. 5 m Ah/g,在55℃、0. 5 C循环100次后容量损失率仅为8. 6%。尖晶石晶粒表面形成了独特的网络状包覆层,减少了活性物质和有机电解液之间的直接接触却不影响锂离子扩散,显著提升了锰酸锂的高温电化学性能。

固态锂电池界面问题的研究进展

与传统锂离子电池相比,基于固体电解质的固态锂电池具有能量密度高、循环寿命长及安全可靠等特点,是当今能源存储领域的研究热点之一,未来有望在电动汽车和便携电子设备等领域得到广泛应用。固体电解质内部界面决定了电解质的离子电导率;与固液界面相比,固态锂电池中电极与固体电解质之间形成的固固界面具有更高的接触电阻,同时,界面相容性和界面稳定性显著影响固态锂电池的循环性能和倍率性能。因此,解决固态锂电池中的界面问题是取得电池性能根本性突破的关键因素。介绍了本研究团体在基于锂镧锆氧(LLZO)固体电解质的固态锂电池中不同界面问题的研究进展,并对固态锂电池中界面调控及优化做出展望。

基于有机-无机复合固态电解质膜的全固态锂电池制备与性能研究

在聚合物电解质中添加Li7La3Zr1 4Ta0 6O12(LLZTO)粉体可以降低聚合物材料的结晶度,促进锂离子迁移,进而提高固态电解质的离子电导率。以双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)以及LLZTO粉体为原料制备了不同LLZTO含量的氧化物-聚合物复合固态电解质。研究发现,添加质量分数20%LLZTO的固态电解质具有较高的离子电导率以及高机械强度,同时具有更宽的电化学窗口(5.5V)。所制备的复合正极/固态电解质/复合负极全固态锂离子软包电池首次充放电比容量分别为176.32和143.31mAh/g,首次库伦效率为81.3%,25次循环后电池放电容量保持率维持在93%以上。此外,循环前后阻抗变化较小,表现出较好的界面稳定性。

制备条件对共沉淀法制备铝镁双掺杂锂镧锆氧的影响

创新提出采用共沉淀法制备石榴石结构锂离子电池无机固态电解质——铝镁双掺杂锂镧锆氧(Li_(6.4)Al_(0.2)La_(3)Zr_(2-0.5x)Mg_(x)O_(12))。利用热重分析(TG)、差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射(XRD)分析试样前驱体在加热过程中的组成和相变,考察最佳烧结温度、烧结时间以及镁掺杂量x,并延伸分析锂离子导电性与温度之间的依赖性。研究发现:1)烧结温度达到630℃时可形成锂镧锆氧;2)最佳烧结温度是1100℃,最佳烧结时间是6 h;3)当镁掺杂量x为0.1时,制备的Li_(6.4)Al_(0.2)La_(3)Zr_(1.95)Mg_(0.1)O_(12);在室温25℃下的离子电导率为1.93×10^(-4)S/cm,活化能为0.271 eV。制备得到了具有最完整立方晶体结构、最少杂质相、最大致密度、最小界面电阻、最高离子电导率和最光滑完整表面形貌的铝镁双掺杂锂镧锆氧。

高含量锂镧锆氧基复合固体电解质的制备及其性能研究

固态电解质具有优异的安全性能、工作温度范围宽、回收方便等优点,已成为新一代柔性电子器件中最具前景的电解质材料.为探索兼具高离子电导率和优良机械性能的固态电解质,将无机活性陶瓷锂镧锆氧(Lithium lanthanum zirconium oxide,LLZO)与改性聚离子液体复合,制备了一种性能优异的复合固态电解质.研究了LLZO与复合材料间结构的差异、LLZO的含量对复合固态电解质在离子电导率、机械性能的影响以及其抗压能力.结果表明,聚离子液体粘结剂的加入,赋予了固态电解质良好的柔顺性,并显著地提升了电解质的离子传输效率.当复合固态电解质中LLZO为质量分数50%时,复合固态电解质的室温离子电导率达到最高值(1.45×10^(-4) S·cm^(-1)),比单一的LLZO固态电解质的离子电导率高了一个数量级以上.用维氏硬度来表征复合固态电解质的抗压能力,发现当LLZO为质量分数50%时,复合固态电解质的硬度可以达到0.45 gf/μm^(2).

石榴石型固态电解质表界面问题及优化的研究进展

随着对能源存储设备输出和安全性能等方面需求的不断提升,全固态电池展示了替代传统液态锂离子电池占据新能源市场的潜力.石榴石型Li7La3Zr2O(12)固体电解质具有高离子导率且对于锂金属稳定,是最受人瞩目的固体电解质材料之一.但是,固-固界面不良接触导致的巨大界面电阻以及由于锂的不均匀沉积和分解导致的锂枝晶生长等问题严重阻碍了全固态电池的发展.本综述针对石榴石型全固态电池突出的界面问题,详细论述了Li7La3Zr2O(12)表面碳酸锂问题的研究现状;讨论了锂金属负极和固态电解质的界面浸润性以及锂枝晶生长问题,给出了构建理想界面的关键因素;阐述了优化正极与石榴石型固体电解质界面的具体方法以及改善界面润湿性的思路.本文还展望了未来石榴石型全固态锂离子电池可能的发展方向,为全固态锂离子电池的发展和应用提供了借鉴.

Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)-聚氧化乙烯/聚偏氟乙烯固态复合电解质的制备及全固态电池性能

以固态电解质构建的全固态锂离子电池具有极高的安全性及可靠性,是目前锂离子电池领域的研究热点,其中研发无机物-高分子复合固体电解质用于全固态锂离子电池具有重要意义。通过溶胶-凝胶法及球磨细化制备了纳米级Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)粉末,进而采用溶液浇注法制备出以LLZO为活性填料,聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)共混的固态复合聚合物电解质。通过场发射扫描电子显微镜以及X射线衍射仪对材料的形貌、物相及电化学性能表征表明:添加质量分数为10%LLZO的LLZO/PEO/PVDF固态复合聚合物电解质具有高离子电导率(8.93×10^(-5)S/cm)以及稳定的电化学窗口(4.9 V)。添加LLZO之后的LiFePO_(4)/Li全固态电池的倍率性能以及循环性能均得到提高,在60℃高温下,容量恢复率为99.4%,0.2 C循环100圈后容量保持率为84.1%。

LiOH对Ta掺杂石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固体电解质的影响

通过固相法制备Ta掺杂Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(Ta-LLZO)陶瓷,以LiOH为锂源合成Ta-LLZO粉末,并以LiOH为助烧剂制备Ta-LLZO陶瓷,研究了LiOH对Ta-LLZO陶瓷的组织结构和离子电导率的影响。结果表明:以LiOH为锂源可促进立方相Ta-LLZO的生成。同时,以LiOH为助烧剂,可有效促进陶瓷的致密化,在1 200℃烧结5 h可获得致密的立方相Ta-LLZO陶瓷。当助烧剂的添加量为6%(质量分数)时,陶瓷的离子电导率可达6.23×10^(-4)S·cm^(-1)。可见,固相法制备的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)在全固态锂离子电池中具有广阔的应用前景。