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1、内蒙古工业大学本科毕业论文摘要 近年来，无机氧化物固体电解质以其安全性，较高的离子电导率吸引许多研究者的兴趣。本论文介绍了近年固体电解质的研究进展，本实验方法选用多数无机氧化物固体电解质的合成方法传统固相合成法，在空气环境条件下合成Li2O-ZrO2-SiO2体系的无机固体电解质，通过X射线衍射鉴定从980到1060（每隔20）不同烧结温度下本体系无机固体电解质多晶态物相，应用电化学工作站测定AC阻抗，计算不同烧结温度下离子电导率，还测试了电解质片的收缩率，并采用阿基米德排水法测试固体电解质片的密度。阻抗结果显示这种材料在1000的烧结温度下，显示了最大的锂离子电导率2.665110-3-1c
2、m，收缩率和密度有较好的一致性，烧结温度在1020后密度稍微有些降低。比较其他无机氧化物电解质，本体系烧结温度较低，同时获得了较高的锂离子电导率，丰富了无机氧化物电解质体系。关键词：固体电解质；LZSO（Li2O-ZrO2-SiO2）；锂离子电导率AbstaractIn recent years, inorganic oxide solid electrolyte has attracted many researchers interests for its safety, high ionic conductivity. This paper describes research prog
3、ress of solid electrolytes in recent years, most of the experimental method used in the synthesis of inorganic oxide solid electrolyte method - traditional solid-state synthesis, synthesis in air condition system Li2O-ZrO2-SiO2 inorganic solid electrolyte, by using the X-ray diffraction identified f
4、rom the 980 to 1060 (every 20 ) under different sintering temperature of the system of multi-crystalline inorganic solid electrolyte , AC impedance measured in air at room temperature by electrochemical work-station , calculated in different sintering temperature lithium ion conductivity, also teste
5、d shrinkage ratio of the solid electrolyte pellets, and measured bulk density of solid electrolyte pellets using Archimedes method. Impedance results showed that the material in the sintering temperature of 1000 , showed the largest lithium-ion conductivity 2.665110-3-1cm, the shrinkage ratio and bu
6、lk density are in good agreement, after 1020 sintering temperature slightly lower density. Compared with other inorganic oxide electrolyte sintering temperature of the system is lower, while access to a high lithium ion conductivity and enriched inorganic oxide electrolyte system.Keywords：solid elec
7、trolyte；Li2O-ZrO2-SiO2 ；lithium ion conductivity目录引言- 1 -第一章 文献综述- 2 -1.1 锂电池发展概述- 2 -1.1.1采用锂负极的金属锂电池(LB)- 2 -1.1.2采用插锂化合物的液态锂离子电池(LIB )- 3 -1.1.3采用聚合物电解质的聚合物锂离子电池(PLIB )- 4 -1.1.4采用全固态技术的锂离子电池- 5 -1.2 固体电解质- 6 -1.2.1 固体电解质的发展历史- 7 -1.2.2 著名固体电解质的研究现状- 8 -1.2.3 固体电解质的研究手段- 11 -第二章 实验部分- 13 -2.1原料设备
8、及研究方法- 13 -2.2 主要仪器设备：- 14 -2.2.1 X-射线衍射分析- 14 -2.2.2 交流阻抗分析- 14 -2.2.3 压力设备- 14 -2.2.4 其他基本仪器设备- 14 -2.3实验原理及工艺流程- 14 -2.3.1 实验原理- 14 -2.3.2 固相烧结法工艺流程- 15 -2.3.3 实验方案- 16 -2.3.4 样品的性能测试- 17 -2.4 Li2O-ZrO2-SiO2体系固体电解质的制备与性能- 18 -2.4.1 烧结温度对Li2O-ZrO2-SiO2体系固体电解质收缩率的影响- 18 -2.4.2 烧结温度对Li2O-ZrO2-SiO2体系
9、固体电解质密度的影响- 19 -2.4.3 烧结温度对Li2O-ZrO2-SiO2体系固体电解质物相的影响- 20 -2.4.4 烧结温度对Li2O-ZrO2-SiO2体系固体电解质阻抗的影响- 22 -第三章：结论- 26 -参考文献- 27 -致谢- 28 -内蒙古工业大学本科毕业论文引言众所周知，化石燃料燃烧以及生物排放所产生的废气 ，不仅污染了那些大且现代化的城市而且造成了后果令人不寒而栗的温室效应。太阳能，风能，潮汐能时空上分布不均匀，发电的功率不够稳定，需要进行能源的储存。原子核反应堆提供了稳定的能源但是却伴随着放射性废料的处理问题。地热能受到地理位置的限制，这种能源同样依赖于电能
10、的储存。这些能量的载体是电网，电磁波和化学能。这些能源载体中最方便的莫过于化学能，这也是我们为什么如此依赖化石燃料的原因。电池提供了便携的可储存化学能而且有能力将这种能量高效的转化为电能并且不伴随着废气的产生。而且，新型能源能够更好的转变为直流电并储存在电池中，当电网需要时，又能将电池中的化学能转化为电能释放出去1。随着电子工业的快速发展，大量新型的便携式电子产品越来越多，比如移动电话、笔记本电脑、移动视频播放器等。无法令人满意的待机时间使得这些产品对化学电源提出了更高的要求：拥有更小的体积，更小的质量，安全可靠且没有污染。之前使用很广泛的锌锰电池、镍镉电池等已经无法满足当前市场的需求。因此，
11、研究开发出高能量密度、长寿命、安全可靠的新型化学电源已成为人们极为迫切的要求。二次锂离子电池是以嵌锂化合物作为正负极材料的新型高能电池，具有比能量高、电压高、自放电小、循环性能好和寿命长等一系列的优点，近些年来引起了人们尤其是化学电源的工作者的广泛重视，成为当今电池行业的研究热点。 快离子导体材料作为一种陶瓷体, 制备陶瓷常用的各种方法也适用于制备氧化物快离子导体。传统的陶瓷工艺是将多种固态粉料经混合, 煅烧来合成制品的,即固相烧结法。本实验通过传统固相反应法合成晶型无机氧化物陶瓷固体电解质。研究晶体结构A位或B位与氧负离子密堆积间的相互作用及其对锂离子传导特性的影响。具体地讲研究橄榄石型Li
12、4 Zr (SiO4)2。固体电解质离子电导率和固体电解质与电极材料结合的稳定性是衡量新型电解质材料重要指标。采用可逆的锂电极、以及不可逆的金电极组装原形电池，利用电化学工作站通过测量AC阻抗研究锂离子电导率和循环伏安法研究上述氧化物与锂金属结合的化学稳定性。第一章 文献综述1.1 锂电池发展概述锂电池具有工作电压高，比能量高，工作温度范围宽，放电平稳等优点，是近年来化学电源研究的热点。关于锂电池的研究开始于二十世纪五十年代末，其发展经历了锂一次电池、金属锂二次电池和锂离子电池三个阶段2-4。 1.1.1采用锂负极的金属锂电池(LB)锂一次电池通常直接以金属锂作为负极，根据电解液的类型和所采用
13、的阴极材料，可以分为可溶性阴极电池(如Li/SO2, Li/SOCl2和Li/SO2Cl2等)、固体阴极电池(如Li/MnO2, Li/(CF)n，和Li/CuO等)、固体电解液电池(如Li/LiI/I2(P2VP)和熔融盐电解质电池(LiAl/LiCl-KCl/FeS2)四大类。金属锂二次电池是以金属锂作为电池负极的二次电池体系。与传统的二次电池(如铅酸蓄电池，镍镉蓄电池)相比，金属锂二次电池具有工作电压高，能量密度高，工作温度范围宽，放电电压平稳，储存性能优良，自放电率小和清洁无污染等优点。但是由于金属锂阳极在充放电过程中容易形成锂枝晶，导致了充放电效率低，循环寿命和安全性能差等缺点。尽管
14、人们对此进行了大量工作，包括优化电解质组成，在电解质中加入添加剂，对金属锂表面进行化学修饰等，但是实际效果非常有限，使得其难以大规模的应用。图 1.1 二次锂离子电池原理图 1.1.2采用插锂化合物的液态锂离子电池(LIB )1980年，M. Armand等人提出了用插锂化合物来替代金属锂二次电池中的锂负极，并提出了“摇椅式电池”的概念。此后，相继出现了一些实验型的“摇椅式电池”。但是由于其负极材料的嵌锂电位比较高，容量低，丧失了二次锂电池电压高，容量大的优点。随着嵌锂化合物的进一步研究，日本Sony公司于1990年率先推出了实用型摇椅式电池（rocking chair battery）5，正
15、式称之为“二次锂离子电池”。在这类电池中，充放电过程为锂离子在正负极的嵌入/脱出反应，也就是锂离子在正负极之间来回迁移。6-8与其他高能二次电池(如镍镉蓄电池，镍氢蓄电池等)相比，二次锂离子电池具有以下优点:（1）电压高以石墨作为负极，可以使电压损失减小到最低限度。（2）比容量大虽然以炭质材料代替金属锂会使材料的质量比容量有所下降，但是实际应用中金属锂二次电池为了保证电池具有一定的循环寿命，金属锂一般过量三倍以上，因此质量比容量实际没什么变化。（3）安全性能好，循环寿命长嵌锂化合物比金属锂稳定，而且在放电过程中不会形成锂枝晶，改善了安全性能。同时二次锂离子电池在首次充放电的时候会在炭负极表面形成一层固体电解质中间相(SEI )膜。SEI膜允许锂离子通过但是不允许电子通过，因此可以较好的防止电池的自放电。（4）清洁无污染二次锂离子电池不含有Pb, Cd, Hg等有毒物质，同时电池为密闭体系，在使用过程中极少有气体放出，不会对环境造成污染。电池性能阶段锂离子电池镍镉电池镍氢电池能量密度（Wh/L）现在250260130160190200将来500250280比能量（Wh/Kg）现在11012050606070将来2007580平均电压（
