本文主要研究内容
作者白立雄（2019）在《石榴石型Li7La3Zr2O12固体电解质的制备及界面行为研究》一文中研究指出：本文采用溶胶-凝胶法制备了石榴石型Li7La3Zr2O12固体电解质,系统的研究了制备工艺对Li7La3Zr2O12固体电解质电化学性能的影响,探索了界面原位改性和界面掺杂改性对Li7La3Zr2O12固体电解质界面结构与电化学性能的影响。通过Retvield结构精修剖析了Li7La3Zr2O12固体电解质的晶体结构,并在此基础上进行第一性原理计算,建立Li7La3Zr2O12固体电解质晶体及界面的结构模型,研究了Li+在Li7La3Zr2O12固体电解质晶体内部和界面的迁移机理,探究了界面改性后的Li7La3Zr2O12固体电解质在新型电池中应用的可能性。主要内容如下:采用溶胶-凝胶法制备Li7La3Zr2O12固体电解质。研究表明:当Al掺杂量为0.1 mol%、初始Li含量过量10mol%、烧结条件为流动空气气氛中1050℃保温6h时,所制备Li7La3Zr2O12固体电解质离子电导率达到5.36×10-4S cm-1,激活能为0.31 eV。第一性原理计算表明,Li7La3Zr2O12晶体结构中有3种空位供Li+占据,分别为24d四面体间隙和48g、96h八面体间隙。Li+在Li7La3Zr2O12固体电解质晶体结构中迁移机制是以四面体间隙与八面体间隙相互交替迁移。研究了热处理对Li7La3Zr2O12固体电解质表面结构与电化学性能的影响。结果表明:在900 ℃热处理条件下,随着热保温时间由0h增加至3 h,Li+在Li7La3Zr2O12固体电解质表面八面体间隙的占有率由60.6(2)%减少至51.7(2)%,离子电导率从 5.36×10-4 S cm-1 减小至 6.37×10-6 S cm-1 在Li7La3Zr2O12固体电解质的表面结构中,四面体间隙Li-O键长为2.1(8)A,八面体间隙Li-O键长为2.1(9)-2.8(8)A,Li+由四面体间隙向八面体间隙迁移,需要克服0.24eV的能量势垒,低于Li+在四面体之间迁移所需克服的能量势垒0.49eV。采用微波烧结和放电等离子烧结快速烧结技术对Li7La3Zr2O12固体电解质内部晶界进行原位改性。结果表明:Li+在Li7La3Zr2O12晶界处的迁移势垒为0.21 eV,小于Li+在晶体内部的迁移势垒(0.33eV)。快速烧结界面原位改性技术能够抑制Li7La3Zr2O12晶粒长大,增加晶界比表面积,降低Li+在Li7La3Zr2O12结构中的迁移势垒。通过控制微波烧结与放电等离子烧结工艺参数,可使Li7La3Zr2O12晶界比表面积由普通烧结样品的23077cm2/g分别增加至31998cm2/g、34178cm2/g,相应离子电导率分别由5.37×10-4S cm-1增加至5.93×10-4S cm-1、8.84×10-4S cm-1。研究了磁控溅射界面掺杂改性对电极-Li7La3Zr2O12界面结构与电化学性能的影响。结果表明:磁控溅射工艺能够在电极-Li7La3Zr2O12界面制备纳米级的LiCoO2微晶界面缓冲层。10nm的LiCoO2微晶界面缓冲层可将电极-电解质界面的接触阻抗降低1279Ω,激活能降低至0.29eV。Li+在LiCoO2微晶界面缓冲层晶界处的迁移势垒(0.097 eV)低于晶体内部的迁移势垒(0.47 eV),Li+优先在LiCoO2微晶界面缓冲层的晶界处迁移。研究了界面改性后的Li7La3Zr2O12固体电解质在水溶液中的稳定性的影响。研究表明:经过放电等离子烧结界面原位改性,Li7La3Zr2O12固体电解质内部无贯穿气孔,在水溶液中表现出优良的稳定性。Li7La3Zr2O12固体电解质与水溶液界面有效接触面积的增加将界面接触阻抗降低一个数量级(由1700Ω降低至120Ω)。界面改性后的Li7La3Zr2O12固体电解质与水溶液作用48h后,pH稳定在11左右,离子电导率达到7.33×10-3 S cm-1-1。研究了界面改性对溶胶-凝胶法合成Li7La3Zr2012固体电解质在扣式全固态锂离子电池应用性能影响,结果表明:通过对Li7La3Zr2O12晶界进行原位改性、Li7La3Zr2O12-电极界面进行厚度为10nm的LiCoO2掺杂改性,在0.1 C、3.0-4.3V、60 ℃的充放电条件下,全固态锂离子电池表现出149.5 mAh g-1的可逆初始容量。随着微晶LiCoO2界面改性层厚度增加至20nm,全固态锂离子电池循环50次后的容量下降到92.3mAh g-1,其循环性能有着明显的改善,循环保持率达到84.1%。
Abstract
ben wen cai yong rong jiao -ning jiao fa zhi bei le dan liu dan xing Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi ,ji tong de yan jiu le zhi bei gong yi dui Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi dian hua xue xing neng de ying xiang ,tan suo le jie mian yuan wei gai xing he jie mian can za gai xing dui Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi jie mian jie gou yu dian hua xue xing neng de ying xiang 。tong guo Retvieldjie gou jing xiu pou xi le Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi de jing ti jie gou ,bing zai ci ji chu shang jin hang di yi xing yuan li ji suan ,jian li Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi jing ti ji jie mian de jie gou mo xing ,yan jiu le Li+zai Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi jing ti nei bu he jie mian de qian yi ji li ,tan jiu le jie mian gai xing hou de Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi zai xin xing dian chi zhong ying yong de ke neng xing 。zhu yao nei rong ru xia :cai yong rong jiao -ning jiao fa zhi bei Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi 。yan jiu biao ming :dang Alcan za liang wei 0.1 mol%、chu shi Lihan liang guo liang 10mol%、shao jie tiao jian wei liu dong kong qi qi fen zhong 1050℃bao wen 6hshi ,suo zhi bei Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi li zi dian dao lv da dao 5.36×10-4S cm-1,ji huo neng wei 0.31 eV。di yi xing yuan li ji suan biao ming ,Li7La3Zr2O12jing ti jie gou zhong you 3chong kong wei gong Li+zhan ju ,fen bie wei 24dsi mian ti jian xi he 48g、96hba mian ti jian xi 。Li+zai Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi jing ti jie gou zhong qian yi ji zhi shi yi si mian ti jian xi yu ba mian ti jian xi xiang hu jiao ti qian yi 。yan jiu le re chu li dui Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi biao mian jie gou yu dian hua xue xing neng de ying xiang 。jie guo biao ming :zai 900 ℃re chu li tiao jian xia ,sui zhao re bao wen shi jian you 0hzeng jia zhi 3 h,Li+zai Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi biao mian ba mian ti jian xi de zhan you lv you 60.6(2)%jian shao zhi 51.7(2)%,li zi dian dao lv cong 5.36×10-4 S cm-1 jian xiao zhi 6.37×10-6 S cm-1 zai Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi de biao mian jie gou zhong ,si mian ti jian xi Li-Ojian chang wei 2.1(8)A,ba mian ti jian xi Li-Ojian chang wei 2.1(9)-2.8(8)A,Li+you si mian ti jian xi xiang ba mian ti jian xi qian yi ,xu yao ke fu 0.24eVde neng liang shi lei ,di yu Li+zai si mian ti zhi jian qian yi suo xu ke fu de neng liang shi lei 0.49eV。cai yong wei bo shao jie he fang dian deng li zi shao jie kuai su shao jie ji shu dui Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi nei bu jing jie jin hang yuan wei gai xing 。jie guo biao ming :Li+zai Li7La3Zr2O12jing jie chu de qian yi shi lei wei 0.21 eV,xiao yu Li+zai jing ti nei bu de qian yi shi lei (0.33eV)。kuai su shao jie jie mian yuan wei gai xing ji shu neng gou yi zhi Li7La3Zr2O12jing li chang da ,zeng jia jing jie bi biao mian ji ,jiang di Li+zai Li7La3Zr2O12jie gou zhong de qian yi shi lei 。tong guo kong zhi wei bo shao jie yu fang dian deng li zi shao jie gong yi can shu ,ke shi Li7La3Zr2O12jing jie bi biao mian ji you pu tong shao jie yang pin de 23077cm2/gfen bie zeng jia zhi 31998cm2/g、34178cm2/g,xiang ying li zi dian dao lv fen bie you 5.37×10-4S cm-1zeng jia zhi 5.93×10-4S cm-1、8.84×10-4S cm-1。yan jiu le ci kong jian she jie mian can za gai xing dui dian ji -Li7La3Zr2O12jie mian jie gou yu dian hua xue xing neng de ying xiang 。jie guo biao ming :ci kong jian she gong yi neng gou zai dian ji -Li7La3Zr2O12jie mian zhi bei na mi ji de LiCoO2wei jing jie mian huan chong ceng 。10nmde LiCoO2wei jing jie mian huan chong ceng ke jiang dian ji -dian jie zhi jie mian de jie chu zu kang jiang di 1279Ω,ji huo neng jiang di zhi 0.29eV。Li+zai LiCoO2wei jing jie mian huan chong ceng jing jie chu de qian yi shi lei (0.097 eV)di yu jing ti nei bu de qian yi shi lei (0.47 eV),Li+you xian zai LiCoO2wei jing jie mian huan chong ceng de jing jie chu qian yi 。yan jiu le jie mian gai xing hou de Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi zai shui rong ye zhong de wen ding xing de ying xiang 。yan jiu biao ming :jing guo fang dian deng li zi shao jie jie mian yuan wei gai xing ,Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi nei bu mo guan chuan qi kong ,zai shui rong ye zhong biao xian chu you liang de wen ding xing 。Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi yu shui rong ye jie mian you xiao jie chu mian ji de zeng jia jiang jie mian jie chu zu kang jiang di yi ge shu liang ji (you 1700Ωjiang di zhi 120Ω)。jie mian gai xing hou de Li7La3Zr2O12gu ti dian jie zhi yu shui rong ye zuo yong 48hhou ,pHwen ding zai 11zuo you ,li zi dian dao lv da dao 7.33×10-3 S cm-1-1。yan jiu le jie mian gai xing dui rong jiao -ning jiao fa ge cheng Li7La3Zr2012gu ti dian jie zhi zai kou shi quan gu tai li li zi dian chi ying yong xing neng ying xiang ,jie guo biao ming :tong guo dui Li7La3Zr2O12jing jie jin hang yuan wei gai xing 、Li7La3Zr2O12-dian ji jie mian jin hang hou du wei 10nmde LiCoO2can za gai xing ,zai 0.1 C、3.0-4.3V、60 ℃de chong fang dian tiao jian xia ,quan gu tai li li zi dian chi biao xian chu 149.5 mAh g-1de ke ni chu shi rong liang 。sui zhao wei jing LiCoO2jie mian gai xing ceng hou du zeng jia zhi 20nm,quan gu tai li li zi dian chi xun huan 50ci hou de rong liang xia jiang dao 92.3mAh g-1,ji xun huan xing neng you zhao ming xian de gai shan ,xun huan bao chi lv da dao 84.1%。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自北京科技大学的白立雄，发表于刊物北京科技大学2019-06-27论文，是一篇关于固体电解质论文,界面论文,离子电导率论文,激活能论文,交流阻抗论文,北京科技大学2019-06-27论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自北京科技大学2019-06-27论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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