高比能LiCoO 2 /LLTO复合电极及界面调控研究
发布时间：2022-01-11 22:40
为支撑微机电系统、微型医疗器械、无线通信、传感器及动力汽车等新兴领域的发展需求,锂离子电池亟待解决能量密度低、功率密度差等问题。提高锂电池能量密度最直接的方法是提高电极材料的比容量和电压平台。正极材料的比容量、氧化还原电位直接影响电池的能量密度,其中电子/离子传导动力学直接影响着电池内部电阻,进而影响电池容量释放效率和倍率性能。本文以LiCoO2为研究对象,通过引入Li0.35La0.56TiO3（LLTO）固态电解质薄膜改善锂离子在LiCoO2电极界面和LiCoO2薄膜体相的传输动力学。对于传统LiCoO2极片,沉积的LLTO固态电解质薄膜作为人造正极电解质界面（CEI）膜,它有效抑制了电极与电解液的界面副反应;降低了电极界面电荷转移阻抗,高离子传导特性又增强了电极界面离子传输;进而提升了LiCoO2电极的循环稳定性和倍率性能。基于LiCoO2薄膜体相离子传导能力远低于电子传导能力的问题,...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同储能电池的发展趋势[6]
电子科技大学博士学位论文2如图1-2所示，具有能量密度高、功率密度大、寿命长、无记忆效应等优势的锂离子电池早已被广泛应用于手机、电脑、数码相机等3C电子产品上。随着锂离子电池技术的发展，锂离子电池也被应用于手持电动工具、电动自行车、新能源汽车等领域[7]，但与传统燃油汽车相比，其在续航里程、充电时间和安全性方面的劣势而被广泛诟玻以上这些劣势与电池的能量密度、功率密度和安全性一一相对应。此外，随着电子和信息技术的快速发展，微型化锂离子电池被认为是生物医疗设备（起搏器、助听器、除颤器、体内成像等）、自供电微电子设备（微型变送器、传感器、执行器等）等领域的理想能量供给来源。这些设备外形大小为毫米级或更小尺寸，这将对锂离子电池能量密度、功率密度等性能参数提出了更高的要求。因此，具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命及高安全性的锂离子电池是未来的发展方向。图1-2锂离子电池应用领域[7]1.2锂离子电池1.2.1锂离子电池工作原理插层材料很早就被提出作为可充电电池的电极，或者作为电极（主要是正极）之一，或者同时作为正极和负极，通过容纳阳离子或阴离子实现能源存储。在“锂离子电池”这个名称正式被赋予使用碳负极的特定电池设计之前，电池曾经以不同名称（离子转移电池、梭式旋塞电池、摇椅电池等）和各种插层材料而为人所知[6,8-9]。插层概念来源于宿主-客体化学，它研究宿主和客体物种之间的非共价键实现的超分子结构，这种主-客体复合材料通常表现出与原材料不同的新性质，并且它们
第一章绪论3键合的非共价性质，使得它们的形成是可逆的[10-12]。如图1-3所示，以商业化锂离子电池为例，其正极活性材料为钴酸锂，负极活性材料为石墨。锂离子电池充电状态下，外部电路提供外电场，锂离子从钴酸锂结构中脱出，通过只传导离子的电解液到达负极，电子则通过外电路到达铜箔，锂离子和电子在石墨中复合，形成LiC6，放电的时候，外电路接上负载导通，电子从外电路迅速到达铝箔，锂离子从石墨中脱出，通过电解液传输至钴酸锂表面，钴酸锂材料发生氧化还原反应，锂离子嵌入到钴酸锂结构中。其中，多孔高分子隔膜的主要作用是对正极和负极起到物理隔绝的作用，同时其内部的多维孔道只允许锂离子通过，实现电子绝缘、离子导通的效果[13]。图1-3商业化锂离子电池示意图[13]随着锂离子电池的发展，锂离子电池的安全性问题得到了广泛关注。易燃有机电解液被认为是影响电池安全的根本问题。业内普遍认为采用固态电解质替代有机电解液能彻底解决锂离子电池安全问题。如图1-4所示，与传统的锂离子电池(a)(b)图1-4传统液态锂离子电池与固态锂离子电池结构对比：(a)传统液态锂离子电池结构，(b)全固态锂离子电池结构[14]
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂电池研究中的电导率测试分析方法[J]. 许洁茹,凌仕刚,王少飞,潘都,聂凯会,张华,邱纪亮,卢嘉泽,李泓. 储能科学与技术. 2018(05)
[2]薄膜型全固态锂电池[J]. 夏求应,孙硕,徐璟,昝峰,岳继礼,夏晖. 储能科学与技术. 2018(04)
[3]锂电池研究中的EIS实验测量和分析方法[J]. 凌仕刚,许洁茹,李泓. 储能科学与技术. 2018(04)
[4]全固态锂电池关键材料—固态电解质研究进展[J]. 陈龙,池上森,董源,李丹,张博晨,范丽珍. 硅酸盐学报. 2018(01)
[5]锂离子电池纳米硅碳负极材料研发进展[J]. 陆浩,李金熠,刘柏男,褚赓,徐泉,李阁,罗飞,郑杰允,殷雅侠,郭玉国,李泓. 储能科学与技术. 2017(05)
[6]全固态锂电池界面的研究进展[J]. 张强,姚霞银,张洪周,张联齐,许晓雄. 储能科学与技术. 2016(05)
[7]全固态锂离子电池关键材料研究进展[J]. 李杨,丁飞,桑林,钟海,刘兴江. 储能科学与技术. 2016(05)
[8]全固态薄膜锂电池研究进展[J]. 吴勇民,吴晓萌,朱蕾,徐碇皓,田文生,汤卫平. 储能科学与技术. 2016(05)
[9]锂离子电池基础科学问题（ⅫⅠ）——电化学测量方法[J]. 凌仕刚,吴娇杨,张舒,高健,王少飞,李泓. 储能科学与技术. 2015(01)
[10]锂离子二次电池电解液研究进展[J]. 李连成,叶学海,李星玥. 无机盐工业. 2014(09)
博士论文
[1]高能量密度锂离子电池硅基负极材料研究[D]. 陆浩.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2019
[2]锂离子电池高镍三元正极材料的合成、表征与改性研究[D]. 唐仲丰.中国科学技术大学 2018
[3]锂离子电池正极材料LiCoO2的改性及其薄膜制备研究[D]. 戴新义.电子科技大学 2016
本文编号：3583578
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同储能电池的发展趋势[6]
电子科技大学博士学位论文2如图1-2所示，具有能量密度高、功率密度大、寿命长、无记忆效应等优势的锂离子电池早已被广泛应用于手机、电脑、数码相机等3C电子产品上。随着锂离子电池技术的发展，锂离子电池也被应用于手持电动工具、电动自行车、新能源汽车等领域[7]，但与传统燃油汽车相比，其在续航里程、充电时间和安全性方面的劣势而被广泛诟玻以上这些劣势与电池的能量密度、功率密度和安全性一一相对应。此外，随着电子和信息技术的快速发展，微型化锂离子电池被认为是生物医疗设备（起搏器、助听器、除颤器、体内成像等）、自供电微电子设备（微型变送器、传感器、执行器等）等领域的理想能量供给来源。这些设备外形大小为毫米级或更小尺寸，这将对锂离子电池能量密度、功率密度等性能参数提出了更高的要求。因此，具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命及高安全性的锂离子电池是未来的发展方向。图1-2锂离子电池应用领域[7]1.2锂离子电池1.2.1锂离子电池工作原理插层材料很早就被提出作为可充电电池的电极，或者作为电极（主要是正极）之一，或者同时作为正极和负极，通过容纳阳离子或阴离子实现能源存储。在“锂离子电池”这个名称正式被赋予使用碳负极的特定电池设计之前，电池曾经以不同名称（离子转移电池、梭式旋塞电池、摇椅电池等）和各种插层材料而为人所知[6,8-9]。插层概念来源于宿主-客体化学，它研究宿主和客体物种之间的非共价键实现的超分子结构，这种主-客体复合材料通常表现出与原材料不同的新性质，并且它们
第一章绪论3键合的非共价性质，使得它们的形成是可逆的[10-12]。如图1-3所示，以商业化锂离子电池为例，其正极活性材料为钴酸锂，负极活性材料为石墨。锂离子电池充电状态下，外部电路提供外电场，锂离子从钴酸锂结构中脱出，通过只传导离子的电解液到达负极，电子则通过外电路到达铜箔，锂离子和电子在石墨中复合，形成LiC6，放电的时候，外电路接上负载导通，电子从外电路迅速到达铝箔，锂离子从石墨中脱出，通过电解液传输至钴酸锂表面，钴酸锂材料发生氧化还原反应，锂离子嵌入到钴酸锂结构中。其中，多孔高分子隔膜的主要作用是对正极和负极起到物理隔绝的作用，同时其内部的多维孔道只允许锂离子通过，实现电子绝缘、离子导通的效果[13]。图1-3商业化锂离子电池示意图[13]随着锂离子电池的发展，锂离子电池的安全性问题得到了广泛关注。易燃有机电解液被认为是影响电池安全的根本问题。业内普遍认为采用固态电解质替代有机电解液能彻底解决锂离子电池安全问题。如图1-4所示，与传统的锂离子电池(a)(b)图1-4传统液态锂离子电池与固态锂离子电池结构对比：(a)传统液态锂离子电池结构，(b)全固态锂离子电池结构[14]
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂电池研究中的电导率测试分析方法[J]. 许洁茹,凌仕刚,王少飞,潘都,聂凯会,张华,邱纪亮,卢嘉泽,李泓. 储能科学与技术. 2018(05)
[2]薄膜型全固态锂电池[J]. 夏求应,孙硕,徐璟,昝峰,岳继礼,夏晖. 储能科学与技术. 2018(04)
[3]锂电池研究中的EIS实验测量和分析方法[J]. 凌仕刚,许洁茹,李泓. 储能科学与技术. 2018(04)
[4]全固态锂电池关键材料—固态电解质研究进展[J]. 陈龙,池上森,董源,李丹,张博晨,范丽珍. 硅酸盐学报. 2018(01)
[5]锂离子电池纳米硅碳负极材料研发进展[J]. 陆浩,李金熠,刘柏男,褚赓,徐泉,李阁,罗飞,郑杰允,殷雅侠,郭玉国,李泓. 储能科学与技术. 2017(05)
[6]全固态锂电池界面的研究进展[J]. 张强,姚霞银,张洪周,张联齐,许晓雄. 储能科学与技术. 2016(05)
[7]全固态锂离子电池关键材料研究进展[J]. 李杨,丁飞,桑林,钟海,刘兴江. 储能科学与技术. 2016(05)
[8]全固态薄膜锂电池研究进展[J]. 吴勇民,吴晓萌,朱蕾,徐碇皓,田文生,汤卫平. 储能科学与技术. 2016(05)
[9]锂离子电池基础科学问题（ⅫⅠ）——电化学测量方法[J]. 凌仕刚,吴娇杨,张舒,高健,王少飞,李泓. 储能科学与技术. 2015(01)
[10]锂离子二次电池电解液研究进展[J]. 李连成,叶学海,李星玥. 无机盐工业. 2014(09)
博士论文
[1]高能量密度锂离子电池硅基负极材料研究[D]. 陆浩.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2019
[2]锂离子电池高镍三元正极材料的合成、表征与改性研究[D]. 唐仲丰.中国科学技术大学 2018
[3]锂离子电池正极材料LiCoO2的改性及其薄膜制备研究[D]. 戴新义.电子科技大学 2016
本文编号：3583578
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