摘 要

有机电解液存在较大安全隐患。因而，寻求高性能的固态电解质是目前锂离子电池领域研究的热点。本文选择具有高离子电导率、稳定性好的Li₇La₃Zr₂O₁₂为对象，探究不同类型烧结助剂、烧结助剂加入量、烧结的温度等因素对Li₇La₃Zr₂O₁₂结构与电化学性能的影响。

论文以阿基米德排水法、交流阻抗法、SEM微观扫描、XRD分析等方法对材料结构、性能进行表征。研究结果表明，通过固相法成功合成了Li_6.5La₃Zr_1.5Nb_0.5O₁₂材料。样品烧结的温度不同，烧结助剂的加入量、种类不同，其结构性能也有差异。氧化硼作烧结助剂的样品电导率达3.46*10^-５Scm^-1，而采用氧化硼作烧结助剂时材料的激活能相对较低，为3.08eV。烧结助剂能够降低烧结的温度，促进烧结过程，提高材料的电化学性能。

关键词：锂离子电池；固态电解质；LLZO；烧结工艺

Abstract

Organic electrolyte has great potential safety hazard. Therefore, the search for high performance solid electrolyte is the hotspot in the field of lithium ion batteries. This choice has a high ionic conductivity and good stability of Li₇La₃Zr₂O₁₂ as the object, factors such as temperature of sintering additives of different types of additives, sintering dosage, sintering on structure and electrochemical performance of Li₇La₃Zr₂O₁₂.

The structures and properties of the materials were characterized by Archimedes drainage method, AC impedance method, SEM micro scanning and XRD analysis. The results showed that Li_6.5La₃Zr_1.5Nb_0.5O₁₂ was successfully synthesized by solid phase method. The sintering temperature of samples is different, and the amount and type of sintering additives are different, and their structure and properties are also different. The conductivity of samples with boron oxide as sintering additive is 3.46*10^-５Scm^-1, and the activation energy of boron oxide as sintering additive is relatively low, which is 3.08eV. Sintering aids can reduce sintering temperature, promote sintering process and improve electrochemical performance of the material.

Key Words：Lithium ion batteries；Solid electrolyte；LLZO；Sintering process

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 锂离子电池 1

1.2.1 锂离子电池的发展 2

1.2.2 锂离子电池的组成与种类 2

1.3 锂离子电池电解质 3

1.3.1 锂离子电池电解质概述 3

1.3.2锂离子电池电解质种类及现状 3

1.3.3 固态电解质 5

1.4本文的研究背景及内容 7

1.4.1 主要研究背景 7

1.4.2 主要研究内容 7

第2章 实验方法与样品表征 8

2.1 实验原料与试剂 8

2.2 实验方法及工艺 8

2.2.1 样品制备工艺 8

2.2.2样品制备方法 9

2.3 样品主要表征方法 9

2.3.1 致密度测试 9

2.3.2 阻抗测试 9

2.3.3 XRD物相测试 9

2.3.4 SEM微观形貌测试 9

第3章 结果与讨论 10

3.1 实验数据分析 10

3.3.1 XRD物相分析 10

3.3.2 显微形貌分析 12

3.3.3 致密度分析 13

3.3.4 阻抗分析 15

第4章 实验总结 19

参考文献 20

致谢 23

第1章 绪论

1.1 引言

迈入20世纪的人类真正步入了现代，社会发展相较之前明显加快；至21世纪，这种趋势愈发明显，发展速度也越来越快；在信息革命后，更是有10年一代的说法。科技的飞速发展使得人们生活水平极快的提高、人口数量快速膨胀、物质需求亦同步增加。这一切带来的是现代化的繁荣与文明的极大进步；但同时也造成了一系列问题，资源与能源短缺、坏境破坏严重、人口压力空前等成为了人类当前所面临的严峻挑战。

有机构对人类发展与能源需求情况作了调查，其数据显示，到21世纪中叶，快速发展的社会对于能源需求的量将翻倍。而现今的能源主要是石油、煤等不可再生资源，其不仅储量有限、也存在很大的污染。为了减少对不可再生资源的依赖，人们开始广泛关注核能、太阳能等新兴能源，并不断加强对其的研究、利用。同时交通工具、电子医疗设备、电子通讯设备、家用电器等现代产品的不断生存与更新也进一步刺激了对新能源应用的探索与研究。

想要对这些能源进行有效利用，能量的存储和传输是急需解决的问题。环境友好型、储能与放电效率高、储能量大、便于使用的化学电源是解决这些问题的可以采用的有效方法。其中，锂电池因为循环效率高、同比储能量大、内容物不会产生结晶、能量损耗小、安全环保等优点，是现今发展形势最好、发展速度最快的化学电源，是一种发展前景极为广阔、大规模应用可能性极高的高效二次电池。