钛酸锂材料/硫基固态电解质界面研究及在全固态电池中的应用

作     者：黄艾灵 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高云智

授予年度：2017年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：全固态电池 电极/电解质界面 磁控溅射 液相法 

摘      要：锂二次电池由于其工作电压高,能量密度高,循环性能好,已被用于为笔记本电脑,手机,电动车等提供动力。然而,液体电解质容易出现漏电和易燃的风险,这就使得锂离子电池的安全性堪忧。近来,使用无机固体电解质的“全固态锂二次电池(ASSLB)由于其高能量密度,优异的安全性等优点而被认为是良好的替代品。尽管发展前景不错,ASSLB的商业化仍然存在许多障碍。本文所用液相法可以相较于其他方法更容易地制备有利的电极/电解质界面。然而,与常规电解质相比,电极极其容易与水反应的特性使得通常的物理混合较难实现。而使用干法混合法与玛瑙研钵混合的方法制备的混合材料的电化学性能不适合进一步的应用。此外,纳米颗粒比如Super P在混合的过程中的团聚也是一个重要问题。因此,对于复合电极的均匀混合和性能提高,液相混合方法的选择与研究至关重要。本文成功制备了LPSCl电解质和LTO@LPSCl复合材料,电解质的离子电导率为1.6×10 S·cm,活化能为0.32 e V,电子电导为3×10-8 S·cm,装配了具有良好电极/电解质界面的LiTiO(LTO)/LiPSCl(LPSCl)/Li全固态电池,并优化了电化学性能。利用全新的溶剂——200号汽油,通过液相法在LiTiO颗粒上包覆了固体电解质。全固态电池通过冷压法制造,并进一步用纽扣电池表征。电池在100次循环后仍显示出0.05 C,165 m Ah·g和0.1C下112 m A h·g。此外,我们比较了使用电解质涂覆的LiTiO与未涂覆的LiTiO的电池的电化学性能,以阐明由于包覆层的存在而引起的性能优化。电池的测试基本都在80°C下进行,在该温度下的充放电分析有助于描述全固态电池的特征。随后还利用钛酸锂材料进行了对电极材料的溶胶凝胶法包覆。本文还通过射频磁控溅射的方法制备Li Co O2薄膜,通过调整溅射条件制备了一系列薄膜。不同溅射参数下退火前后的薄膜在其形态,组成,结构和性能上具有显着差异。通过实验,退火后薄膜电极的性能大大提高。并基于此,通过改变溅射条件,如氩、氧气的气体流量和溅射时间,我们可以获得相对较好性能的薄膜。首次放电容量为103.9 m Ah·g,50次循环后容量保持率仍可达到72.5%,因此,该薄膜电极材料适用于安装在具有小电流的器件中的薄膜电池。