固态电解质Li3OCl,Li2OHCl的制备和电化学性能研究

摘要

随着现代社会的发展，能源短缺和环境污染问题日益严重，新能源的开发和利用越来越引起人们的重视。在众多能源储存系统中，锂离子电池因具有体积小、质量轻、高能量密度、循环寿命长等特点，得到了广泛地应用。然而，传统的锂离子电池(LIBs)仍然可能存在着易燃、易泄露甚至爆炸等安全隐患。随着便携式电子设备，电动车辆和电网储能系统的市场需求不断增长，人们对锂离子电池的能量密度要求也越来越高，导致了传统的锂离子电池的安全问题越来越突出。新型全固态锂离子电池不仅可以有效地避免这些隐患，此外，还可以使用高能量密度的金属锂作为电池的负极，因而，成为目前国内外研究的热点。其中，固态电解质作为全固态锂离子电池的关键组成部分，由于其具有无毒，不易燃，环保，安全等优点得到了广泛的关注和快速的发展。最近，富锂的反钙钛矿型(LiRAP) Li3OA(A=Cl，Br等)电解质已经被开发为非常有前景的固体电解质材料。本文主要通过固相反应制备了固态电解质Li3OCl和Li2OHCl，并对其进行了材料结构表征和电化学性能的研究。主要研究工作如下:
　　(1)采用固相合成法制备Li3OCl，直接使用LiCl·H2O和Li2O为原料，在240℃下反应24h。对制备的材料进行了XRD、TG-DSC、图片表征和交流阻抗、循环伏安以及恒流充放电等电化学测试。通过XRD、TG-DSC和图片分析，可知固相法合成的材料Li3OCl中存在少量的Li5(OH)2Cl3;经过130℃玻璃化后，Li5(OH)2Cl3峰减弱甚至消失，尽管Li3OCl存在着非晶相变，但晶体Li3OCl仍然清晰的存在。通过交流阻抗测试，可知Li3OCl具有较高的离子电导率，在230℃时可达5.71×10-3 Scm-1，25℃时可达1.22×10-5S cm-1;且具有较低的反应活化能，Ea为0.51 eV左右。循环伏安(CV)和恒流充放电测试表明，Li3OCl材料具有良好的电化学稳定性和循环稳定性;在循环伏安测试中，Li3OCl材料电势窗口可高达8 V;在恒流充放电测试中，当电流密度为0.1mA时，该材料具有良好的循环稳定性。说明Li3OCl用于全固态锂离子电池电解质材料是个很好的选择。
　　(2)采用传统的熔融盐高温煅烧的方法合成Li2OHCl材料，以LiCl和LiOH为原料，在温度为400℃下，高温煅烧熔融盐制得Li2OHCl材料。对制备的材料进行XRD表征和交流阻抗、循环伏安和恒流充放电测试。通过交流阻抗测试表明，Li2OHCl具有较高的离子电导率，在200℃时可达2.38×10-3 S cm-1，在室温条件下可达1.48×10-5 S cm-1，且具有较低的反应活化能，Ea为0.44 eV左右。并且通过循环伏安测试(CV)和恒流充放电测试，可知Li2OHCl材料具有很好的电化学稳定性以及循环稳定性，电势窗口可高达8V。同样，可得出Li2OHCl也适合作为锂离子电池的电解质材料。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 锂离子电池概述

1．2．1 锂离子电池的发展

1．2．2 传统锂离子电池的工作原理

1．2．3 新型全固态锂离子电池的工作原理

1．3 电解质

1．3．1 液态电解质

1．3．2 固态电解质

1．4 固态电解质的优势和面临的问题

1．4．1 液态电解质的弊端

1．4．2 固态电解质的优势

1．4．3 固态电解质面I晦的问题

1．5 固态电解质研究现状

1．5．1 固态电解质Li3OCl的研究进展

1．5．2 固态电解质Li3OCl的研究进展

1．6 本文研究的意义与内容

第二章 实验部分

2．1 实验药品和仪器

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器

2．2 材料形貌结构表征

2．2．1 X-射线粉末衍射(XRD)分析

2．2．2 热重差热分析(TG-DSC)

2．3 电池的组装

2．3．2 模具电池的组装

2．3．3 扣式电池的组装

2．4 材料电化学性能测试

2．4．1 交流阻抗测试

2．4．2 循环伏安测试

2．4．3 恒流充放电测试

第三章 固态电解质Li3OCl的制备及电化学性能

3．1 前言

3．3 Li3OCl的物理表征及分析

3．3．1 玻璃化前后的照片

3．3．2 X-射线粉末衍射(XRD)表征

3．3．3 差示扫描量热法分析(DSC)

3．4 Li3OCl的电化学性能测试

3．4．1 交流阻抗分析

3．4．2 电导率分析

3．4．3 活化能分析

3．4．4 循环伏安分析

3．4．5 恒流充放电分析

3．5 本章小结

第四章 固态电解质Li2OHCl的制备及电化学性能

4．1 前言

4．2 固态电解质Li2OHCl的制备

4．4 Li2OHCl的电化学测试

4．4．1 交流阻抗分析

4．4．2 电导率分析

4．4．3 活化能分析

4．4．4 循环伏安分析

4．4．5 恒流充放电分析

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢