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锂快离子导体及尖晶石结构的锂离子电池正极材料的研究

陈宇  
【摘要】:本论文共分为四篇。 第一篇为文献综述,介绍与本文相关的背景材料。主要涉及锂离子固体电解质(锂快离子导体)及锂离子电池正极材料、负极材料的研究进展情况。其中锂离子电池正极材料方面重点介绍了层状结构的LiMO_2 化合物、尖晶石结构LiMn_2O_4 正极材料等应用前景较为广阔的几种正极材料的研究进展,简单介绍了其他正极材料如钒氧化物、反尖晶石型的LiNiVO_4、橄榄石型的LiMPO_4 等的研究进展;负极材料方面简单介绍了碳材料、氮材料、氧化物、新型合金作为负极材料的一些研究进展;锂离子固体电解质方面主要介绍了钙钛矿型锂离子固体电解质、具有NASICON 结构的LiM_2(PO_4)_3 及其衍生物类锂离子固体电解质、LISICON 型固体电解质、正硅酸锂Li_4SiO_4 为母体的固体电解质、Li_3N 及其衍生物固体电解质、玻璃态锂快离子导体、聚合物锂离子固体电解质和其它类型锂离子固体电解质等的研究进展。 第二篇为新型钙钛矿型锂快离子导体(固体电解质)的合成与表征。以Li_(3x)La_(0.67-x)TiO_3 为母体、采用阴阳离子(Al~(3+)、F~-)双掺或阴离子(F~-)单掺、通过高温固相反应(1200℃)合成了Li_(3x)La_(0.67-x)Ti_(1-y)Al_yO_(3-y)F_y 和Li_(3x-y)La_(0.67-x)TiO_(3-y)F_y两个体系的钙钛矿型锂快离子导体。通过交流阻抗谱、X-射线粉末衍射、直流极化、红外光谱等来表征合成物的性能。研究结果表明掺杂体系在一定的组成范围内均可获得具有单一的钙钛矿结构的产物。电化学性质测试结果表明阴、阳离子双掺后样品的离子电导率和电化学稳定性等性质与母体材料相比均有较大的改善, 而阴、阳离子双掺的材料的电化学性能比单掺阴离子的更好。Li_(3x)La_(0.67-x)Ti_(1-y)Al_yO_(3-y)F_y(x=0.11)体系中起始组成为y=0.02 的合成物电导率最高,室温下为1.06×10~(-3)S/cm,略高于母体材料的室温电导率,573K 时达3.01×10~(-2)S/cm,该合成物的分解电压达2.3V,较母体的(1.5V)有较大提高,与预期的结果一致,为该类材料的实用化又向前推进一步。 第三篇对以LiTi2(PO4)3为母体、以天然高岭石为起始原料、通过异价离子掺杂制得的三个系列新的矿物锂快离子导体Li_(1.2+x-y)Y_xTi_(1.9-x)Al_(0.1)Si_(0.1)S_yP_(2.9-y)O_(12)(简称Y-S-Lisicon ) 、Li_(1.2+x-y)Al_(0.1+x)Ti_(1.9-x)Si_(0.1)S_yP_(2.9-y)O_(12) ( 简称Al-S-Lisicon ) 及Li_(1.2+x-y)Y_xTi_(1.9-x)Al_(0.1)Si_(0.1)W_yP_(2.9-y)O_(12)(简称Y-W-Lisicon)的各性质进行表征。XRD分析显示在Y-S-Lisicon 系统中当x≤0.3,y0.2+x 时均能得到类似于Nasicon 的


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