固态无机电解质Li7La3Zr2O12的改性研究进展

作为一种固态无机电解质材料,石榴石型立方相Li₇La₃Zr₂O₁₂具有较高的室温锂离子电导率、较宽的电化学窗口和优良的热稳定性等特点,是高安全性、高能量密度固态锂离子电池实现商业化应用的关键。阐述了Li₇La₃Zr₂O₁₂的晶体结构与锂传导机理,综述了元素掺杂、聚合物电解质复合、烧结助剂引入、表面包覆或修饰等方式对Li₇La₃Zr₂O₁₂的物相结构稳定性、界面阻抗与相容性、烧结活性、离子电导率等进行改性的最新研究进展。最后,针对Li₇La₃Zr₂O₁₂在产业化应用中所面临的障碍与挑战,提出了制备新工艺的开发、离子电导率的多重改性以及柔性复合电解质膜的结构设计与优化等应对策略,为推动高性能固态锂离子电池的发展提供依据。     

石榴石型固态电解质Li7La3Zr2O12的改性研究现状

固态电解质是高安全性、高能量密度的全固态锂电池的核心部件,其典型代表Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)具有高离子电导率、高机械强度、高电化学稳定性、低界面阻抗以及对锂金属负极良好的稳定性等优势,是科研人员重点关注的对象之一,但与液态电解质相比,目前LLZO仍存在低离子电导率和与电极固-固界面接触等问题。本文主要简介了LLZO的晶体结构、改性方式等对其离子电导率及界面阻抗的影响,同时对LLZO现存的问题进行了总结,对LLZO的未来发展方向进行了展望,为探索全固态锂电池的实际生产应用提供理论指导。     

Ta、Ba共掺杂石榴石型Li7La3Zr2O12电解质的制备及性能研究

传统锂离子电池采用有机电解液体系,能量密度难以进一步提升,同时存在一定的安全隐患。采用无机固体电解质构建全固态锂电池,在提高电池能量密度同时可兼顾安全性问题。在众多无机固体电解质中,Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)石榴石电解质具有离子电导率高、与金属锂接触稳定等优势,成为受人关注的材料。为了进一步提高该材料的导电性,采用固相法合成Ta、Ba共掺杂LLZO(Li_7-x+yLa_3-yBa_yZr_2-xTa_xO₁₂)电解质,采用X射线衍射、扫描电子显微镜和电化学阻抗法分析样品的物相结构、微观形貌及离子电导率。结果表明,Ta⁵⁺掺杂能够稳定立方相结构,Ba²⁺作为掺杂剂和烧结剂,促进晶粒生长和陶瓷致密化,从而降低总电阻。其中,Li_6.45La_2.95Ba_0.05Zr_1.4Ta_0.6O₁₂样品在室温下的总电导率为1.07×10^-3 S·cm^-1,活化能为0.378 eV。Ta⁵⁺/Ba²⁺共掺杂有利于制备高致密度和高电导率的石榴石型电解质材料。     

石榴石型固体电解质体系：离子输运性能调控及其全固态电池研究进展

全固态锂电池采用固体电解质取代液态电解质,使其具有更高安全性,且有望进 一步提高电池的能量密度。而在众多固体电解质中,具有石榴石型结构的立方相 Li7La3Zr2O12 (LLZO) 及其元素掺杂产物由于室温离子电导率较高、电化学窗口较宽、与锂金属稳定等优点, 最有可能应用于全固态锂电池中。本文对 LLZO 的物相及晶体结构、制备方法、锂离子电导率 的提升策略以及其所组装的全固态锂电池等方面进行了详细介绍,并预测了 LLZO 固体电解质 材料进一步提升锂离子电导率的潜在可能以及 LLZO 所装配的全固态锂电池的发展方向。     

氧化锆基复合电解质材料研究

用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了Bi2O3p/ZrO2复合电解质材料,研究了Y元素不同掺量对电解质材料的物相,密度和导电率的影响.结果表明掺Y元素可促使立方相ZrO2稳定、增加试样的密度和电导率.当Y元素掺量为20mol%时,试样的物相为立方相ZrO2,试样的密度达5.48g/cm3,其在700℃的电导率为2.85×10-3...     

La1.9Ba0.1Mo1.9Al0.1O8.8电解质材料的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了电解质材料La1.9Ba0.1Mo1.9 Al0.1O8.8(LBMA),通过热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和电化学阻抗谱(EIS)等方法对样品进行测试研究.研究表明干凝胶经700℃煅烧处理即可得到立方相氧化物LBMA,煅烧后的粉体为分散性较好的球形纳米颗粒,平均粒径约为35 nm.SEM分析和致密度研究表明溶胶-凝胶法制备的粉体具有良好的烧结性能,在1100℃烧结2h能得到相对密度高于98％的致密的陶瓷烧结体.电化学性能研究表明LBMA具有较高的离子电导率,1100℃烧结的LBMA电解质在800℃时电导率达到17.87 mS/cm,电导活化能为1.22 eV,其有望应用于中低温固体氧化物燃料电池.     

石榴石固态电解质的冷烧结工艺制备及性能

以LiNO3、Al(NO3)3·9H2O、La(NO3)3·6H2O、ZrO(NO3)2·5H2O为原料,采用溶胶-凝胶法制备Li5.95Al0.35La3Zr2O12粉体,随后加入聚乙烯醇（PVA）水溶液作为液相介质,通过冷烧结工艺制备Li5.95Al0.35La3Zr2O12石榴石固态电解质。冷烧结工艺后采用后续热处理改善离子传导性能。采用质量体积法和电化学阻抗谱对Li5.95Al0.35La3Zr2O12石榴石固态电解质的体积密度和离子电导率进行了测试,采用XRD与SEM进行晶体结构与形貌表征。结果表明,冷烧结时间和压力对样品的晶体结构几乎没有影响。冷烧结时间过长会导致样品开裂,在15~30 min时,冷烧结时间对样品的致密性和电导率影响不大,在烧结时间较短的样品中发现了杂相。提高冷烧结压力可明显提高样品的致密性和电导率,在200℃、510 MPa、30 min的冷烧结条件下可以获得具有较高离子电导率（2.66×10-6 S/cm）的Li5.95Al0.35La3Zr2O12石榴石固态电解质,此时材料的晶界电阻较小。但继续增加冷烧结压力,由于热处理过程中第二相的分解和晶粒生长受到抑制,样品的致密性和电导率反而下降。     

铝酸锂纳米棒改性固态电解质的制备及电化学性能研究

固态电解质离子电导率低、电化学稳定窗口窄是制约其商业化应用的关键问题。制备了一种铝酸锂(LAO)纳米棒填充聚碳酸亚丙酯(PPC)的复合固体电解质薄膜(LAO-CSE),并通过扫描电镜、透射电镜、电化学工作站等对LAO纳米棒和复合薄膜的微观结构、电化学性能进行了表征分析。结果表明,加入LAO纳米棒后复合固体电解质膜的离子电导率达到5.0×10^-4 S/cm,电化学稳定窗口大于4.8 V;LAO-CSE应用于固态锂离子电池表现出优异的室温电化学性能,填充8%(质量分数)LAO的NCM622/LAO-CSE/Li固态电池的首次循环放电比容量为180 mA·h/g,在0.5C下循环100次后容量保持率为97.3%。LAO纳米棒的增强效果归因于棒状填料提供了连续的锂离子传输路径。该LAO-CSE复合固态电解质有望在高压固态锂电池中得到广泛应用。     

Al3+掺杂石榴石LLZO固体电解质的制备及电化学性能研究

固体电解质拥有较高的离子电导率、良好的化学稳定性、长的循环寿命以及安全可靠等优点,被广泛应用到各个领域,成为当前研究的热点。以LLZO固体电解质为研究对象,制备了不同含量Al掺杂的LLZO电解质材料,采用X射线衍射、扫描电镜和交流阻抗谱等方法对不同掺杂量和不同烧结温度下LLZO固体电解质的XRD、微观形貌及电导率进行了研究。结果表明：少量Al的掺杂可以明显地提升LLZO固体电解质的电导率,但随着掺杂量的增加,Al3+增多,阻塞了Li+的传输通道,导致电导率下降。同时,烧结温度对材料的性能也有一定影响,随着烧结温度的提升,同一含量Al掺杂LLZO的致密度和电导率也有明显提升。     

苯酐改性聚乙二醇型聚氨酯固态电解质的制备与性能

以异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚对苯二甲酸-3-甲基-1,5-戊二醇酯二醇（TPA-1000）、聚乙二醇（PEG-2000）、一缩二乙二醇（DEG）为主要原料合成了一系列热塑型聚氨酯弹性体,然后加入20%的锂盐（LiTFSI）制备不同的全固态电解质（SPE）。结果表明,随着TPA-1000含量的减少和PEG-2000含量的增加,SPE的耐热性增加,玻璃化转变温度减小,拉伸强度减小,断裂伸长率增加。SPE的离子电导率与温度的关系基本符合Arrhenius方程,在80℃,SPE（除纯PEG-2000的电解质外）的电化学窗口均达到4.0V以上,其中质量比TPA-1000：PEG-2000=1：2（SPE4）综合性能最佳,力学为1.87Mpa、电导率为2.15?10-4 S cm-1、窗口为4.3V。以SPE4组装的全固态电池在80℃、0.2C下放电比容量为150 mAh/g。     

稀土掺杂的笼状结构铝酸盐发光材料的制备及发光性能

采用溶胶凝胶沉淀法制备了稀土掺杂的笼状结构铝酸盐发光材料。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相结构及形貌进行了表征,结果表明:稀土离子的掺入没有改变发光材料的主晶相,已获得具有笼状结构的单相12CaO·7Al_2O_3发光材料,同时稀土离子可能掺入到晶格中。利用荧光光谱仪对样品的发光性能进行了测试,发现在近紫外光激发下掺杂Eu~(2+)离子的样品具有宽带发射峰,最强发射位于448nm左右,对应于Eu~(2+)离子的4f~65d~1→4f~7辐射跃迁,能够在近紫外光激发下发射出红光。另外,12CaO·7Al_2O_3:Tb~(3+)和12CaO·7Al_2O_3:Dy~(3+)能够在近紫外光激发下分别发出绿光和白光。     

碳负性镁基水泥的制备及性能研究

通过浓缩海水吸收CO2制备了一种以碳酸镁为主要矿物组成的新型碳负性镁基水泥,着重研究Mg:CO2摩尔比、固碳反应温度及活化温度对碳负性镁基水泥产物及性能的影响.结果表明:浓缩海水中的Ca和Mg离子可通过调整pH值实现完全分离;固碳反应温度为45℃时,Mg:CO2摩尔比为1.5和1.8时,形成的主要产物为介稳镁基物质,MgCO3·3H2 O;当Mg:CO2摩尔比为2.0时,固碳反应温度低于45℃时,反应产物主要为介稳镁基物质,MgCO3·3H2 O;当活化温度控制在300℃以内时,碳负性镁基水泥的活化反应主要是由于结晶水的失去.该新型碳负性镁基水泥具有显著的碳吸附和低碳排放特点.     

电纺EVOH磺酸锂/TiO_2聚合物电解质电性能的研究

将纳米二氧化钛加入到EVOH-SO3Li中制备纺丝液,利用高压静电纺丝法制备EVOH-SO3Li/TiO2复合膜。组装扣式电池,测试EVOH-SO3Li/TiO2聚合物电解质的电化学稳定窗口及离子电导率。结果表明:复合薄膜的电化学性能稳定,离子电导率达到0.96×10-3s/cm。     

有机无机复合固态电解质的制备及电性能研究

本文以聚环氧乙烯(PEO)为基体,添加无机固态电解质颗粒(LA),通过超声分散法制备出电化学性能优异且具有自支撑柔性的有机无机复合固态电解质膜,并组装扣式电池测试电性能,包括离子电导率、电化学窗口、锂离子迁移数及界面阻抗,得出LA对电解质膜电性能的影响.     

多孔掺杂型钛系离子筛的制备及吸附性能

用52.40 nm的PMMA纳米微球作模板,用配制好的前驱液进行填充,并通过程序升温焙烧的方法去除模板,合成多孔掺杂型的Li₄Ti_4.98Zr_0.02O₁₂离子筛;用0.100 mol·L^-1的盐酸对离子筛进行酸改型,并用XRD、SEM、饱和交换容量、pH滴定曲线等进行表征,考察离子筛的结构以及选择吸附性能。结果表明：制备的离子筛为尖晶石结构,平均孔径约为50 nm;酸改型后其尖晶石结构未被破坏;离子筛对Li⁺的饱和交换容量为6.43 mmol Li⁺·g^-1,对Li⁺有较高的选择吸附性。     

冷烧结工艺制备石榴石固态电解质及其性能

以LiNO₃、Al(NO₃)₃·9H₂O、La(NO₃)3·6H₂O、Zr O(NO₃)₂·5H₂O为原料,采用溶胶-凝胶法制备了Li_5.95Al_0.35La₃Zr₂O₁₂粉体,随后加入聚乙烯醇(PVA)水溶液作为液相介质,通过冷烧结工艺制备了Li_5.95Al_0.35La₃Zr₂O₁₂石榴石固态电解质。冷烧结工艺后采用后续热处理改善离子传导性能。采用质量体积法和电化学阻抗谱对Li_5.95Al_0.35La₃Zr₂O₁₂石榴石固态电解质的体积密度和离子电导率进行了测试,采...     

固态聚合物电解质性能提升方法的研究进展

商用锂离子电池由于使用危险和易燃的液体电解质,容易发生火灾和泄漏问题,存在安全隐患。全固态锂离子电池由于其安全性和潜在的高能量密度优势,被认为是下一代能量存储设备。固态聚合物电解质作为全固态锂电池的关键部件,具有良好的不可燃性和对锂金属阳极的适应性,近年来受到广泛关注。但其离子导电性低、力学性能差以及循环寿命不足等限制了其实际应用。根据近年来的研究进展,本文总结了优化固态聚合物电解质性能的方法,包括增加离子电导率,提高电压稳定性、抑制枝晶形成、增加离子选择性和降低界面电阻等,并简要分析了聚合物电解质的现状和发展前景,为固体聚合物电解质基电池的广泛应用奠定了基础。     

Li3 PS4硫化物固态电解质制备及其电化学性能研究

采用高能球磨法制备出Li3 PS4玻璃陶瓷硫化物固态电解质,对制备出的Li3 PS4玻璃陶瓷硫化物固态电解质进行晶型结构和电化学性能测试,离子电导率达到10-3 S/cm.通过循环伏安测试,电化学窗口大于6 V,具有良好的电化学稳定性.     

YBa2Cu3O7-x薄膜的制备与半导体性能的研究

采用高温固相反应制备φ60mmYBa2Cu3O7-x－（YBCO）靶材;通过直流磁控溅射后退火制备具有不同过滤层（SiO2/Si,ZrO2/SiO2/Si)的薄膜,对于Si为衬底的YBa2Cu3O7-x薄膜,当x＞0．5时,薄膜的导电性由超导态转向半导体状态,进行了X射每衍射（XRD）分析,电阻温度系数（TRC）和Hall系数测试,并进行Raman散射的微观分析实验,认为半导体薄膜可用作室温工作的红外测辐射热计（Bolometer)灵敏元。     

烧结法制备Li2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃的烧结制度及性能研究

采用烧结法制备了Li2O-Al2O3-SiO2(LAS)微晶玻璃。通过DSC分析，并结合对LAS微晶玻璃烧结过程的研究，提出了其较合适的烧结制度。用XRD对该微晶玻璃的物相组成进行了研究，讨论了烧结温度对LAS微晶玻璃热膨胀系数及抗弯强度的影响。为获得具有结构均匀致密、晶相含量高的LAS微晶玻璃，应使烧结温度尽量接近主晶相析晶温度。本文研究的LAS微晶玻璃的适宜烧结温度为1130℃。