锂电池固体电解质.ppt

固体电解质 汇报人 司思思 日期 20190314 背景介绍 1 文献介绍 2 总结 3 致谢 4 目录 CONTENTS PART1 背景介绍 让不够好的世界变得足够好我们有些人就像是乌龟 走得慢 一路挣扎 到了而立之年还找不到出路 但乌龟知道 他必须走下去 John B Goodenough 30岁 入行58岁 钴酸锂75岁 磷酸铁锂94岁 全固态电池今年他96岁 得到了一个科学家能得到几乎所有荣誉 但是 Goodenough从来没觉得自己goodenough 他只是不断收集线索 继续向前 全固态电池 石榴石型全固态电解质在常温下的电导率可达到10 4 10 3S cm 与常见的碳酸酯类液态电解液的10 2S cm非常接近 表面惰性层 LiOH Li2CO3 与金属Li润湿性差 金属Li枝晶在晶界生长 界面阻抗大 面临问题 对于全固态电池而言 固态电解质是关键技术 PART2 相关文献介绍 主要内容 通过在石榴石电解质表面涂布一层Li 迁移数达到0 9的聚合物电解质的方式抑制了金属Li枝晶的生长 并降低了界面阻抗 使得全固态金属电池的首次库伦效率提高到了97 循环中库伦效率接近100 第一篇 PEO PAS的制备3g聚环氧乙烷 PEO 和1g聚 丙烯酰胺 2 甲基 1 丙烷磺酸钠 锂 PAS 混合溶于20ml二甲基乙酰胺 水中 在60 下搅拌2h 将凝胶溶液倒入聚酯模子中 在60 下加热 使溶剂蒸发 干膜从模具剥离 厚度约150 200 m 用穿孔盘切出形状并在55 真空干燥12h 石榴石电解质 LLZTO 的制备 Li6 5La3Zr1 5Ta0 5O12 固体电解质的制备 固体阴极的制备 将LiFePO4活性材料与炭黑 交联聚环氧乙烷 LiTFSI 60 12 20 8 混合研磨 然后将混合物分散在二甲基乙酰胺中 用磁性搅拌棒搅拌一夜 将浆料涂在碳包覆的铝箔上 形成负极膜 将涂后的铝箔在真空下55 干燥一夜 双三氟甲烷磺酰亚胺锂 a PAS的分子结构和PEO PAS膜的照片 b 不同混合比PEO PAS的离子电导率曲线以及当PEO PAS 3 1时的Li 迁移数 NanoEnergy53 2018 926 931 1 8x10 5Scm 1 0 87 0 95 PEO PAS LLZTO石榴石的XRD图谱 PEO PAS LLZTO固体电解质的SEM截面图像 Li LLZTO Li电池和Li PCSSE Li电池的阻抗 在65 下用PCSSE作为电解质的Fe Fe和Li Li对称电池的阻抗曲线 NanoEnergy53 2018 926 931 LLZTO 450 m 5 m 5000 cm2 400 cm2 Li LLZTO Li电池Li PCSSE Li电池 NanoEnergy53 2018 926 931 循环性能比较 C c 在0 15mAcm 2电流密度下 Li PCSSE Li电池的循环 d 65 c时电池在不同的循环时间的Nyquist图 e f 循环后Li PCSSE Li电池的横断面SEM图像 NanoEnergy53 2018 926 931 采用Li PCSSE LiFePO4制作的全电池的电化学测试结果 a 充放电电压曲线 0 1C 145mAhg 1 0 2C 140mAhg 1 证明了PCSSE可以在全固态锂金属电池中有效工作 b 充放电循环性能 160次循环后 0 2C时的容量保持在137mAhg 1左右 电化学行为稳定 镀层 提锂效率高 c 在65 下电池的倍率性能 随着C率的增加 电池极化和容量损耗逐渐增加 因为与传统的液体电解质相比 固态电解质阻抗更高 d 电池循环后锂金属负极的SEM图 NanoEnergy53 2018 926 931 全电池测试 第二篇 主要内容 利用具有Li 电导性的Li3N替代了Li2CO3有效降低了界面阻抗 与Li2CO3相比 Li3N不仅是一种优良的Li 导体 而且与石榴石表面和锂金属阳极都具有良好的润湿性 常温下镀层 剥离可稳定循环 无锂枝晶生长 固体电解质的制备 在空气中陈化数日后 制备的LLZT因形成一层Li2CO3而呈现黄色 为了除去Li2CO3 将LLZT球团用碳粉覆盖 在Ar气氛下700 烧结10h 利用电子束热沉积系统 在真空中蒸发出一层薄薄的Li层到LLZT颗粒上 然后在反应室内充入氮气 通过氮化反应生成Li3N层 Li3N的厚度可以通过调节LLZT球团上Li金属的蒸发时间来控制 a Li2CO3包覆LLZT制备Li3N包覆LLZT球团的原理图 b Li2CO3覆盖LLZT c Li3N覆盖LLZT的SEM图像 插图显示相应的图像 d LN LLZT表面的SEM图像 显示了Li3N和裸LLZT的边界 h 沉积在玻璃基板上的Li3N的XRD图谱 插图显示Li3N晶体结构 LC LLZT和LN LLZT样品的 i C1s j Li1s和 k N1s的高分辨率XPS光谱 NanoLett 2018 18 7414 7418 a 归一化TOF SIMS对LN LLZT颗粒表面Li LiN LaO ZrO2 二次离子碎片进行负模态深入剖析 描绘了沉积在LLZT颗粒上的致密Li3N层 b LiN LaO ZrO2 作为溅射深度函数的TOF SIMS化学图 c LN LLZT的TOF SIMS溅射体积中N Zr La的重叠和单个元素分布的三维视图 可视化了LLZT表面包覆的Li3N 飞行时间二次离子质谱 可以得知样品表面和本体的元素组成和分布 NanoLett 2018 18 7414 7418 以LC LLZT与LN LLZT为电解质的对称电池电化学阻抗谱图 b Li LN LLZT Li电池充放电电压 插图显示的放大曲线 c SEM图像显示了从Li LN LLZT Li对称电池中分离出来的循环后的Li金属的表面形貌 NanoLett 2018 18 7414 7418 60 时 LN LLZT作电解质 当电流密度为100 Acm 2时 过电位为23mV 当电流密度为200 Acm 2 过电位为44mVLC LLZT作电解质 电流密度为100 Acm 2时 过电位为130mV 且30h时因生成枝晶短路 25 时 LN LLZT作电解质 当电流密度为100 Acm 2时 过电位为60mV 长期循环稳定 LC LLZT作电解质 由于锂沉积和溶解不均匀 在短路前 呈现出较大的极化和波动电位增长 25 60 a 在60 和40 下全固态Li LN LLZT LFP电池的电化学阻抗图 142 cm2380 cm2 b d 不同电流密度下的充放电电压分布 c e 不同电流密度下的循环性能及相应的库仑效率 全电池检测 NanoLett 2018 18 7414 7418 142 cm2 b 25 Acm 2时的电位差为0 04V 200 Acm 2时的电位差为0 42V 与a图小电阻相应 c 25 50 100和200 Acm 2的放电容量分别为147 143 133和118mAhg 1 当电流密度恢复到50 Acm 2 放电容量恢复到144mAhg 1 也就是相当于或高于液体电解质的混合电池 整个循环过程中库仑效率接近100 d LFP阴极和LN LLZT在40 的Li 传输更慢 e 50 100 Acm 2电流密度下放电容量为136 6 100 5mAhg 1 PART3 总结 Li 迁移数高0 87 0 95 意味着大部分的电流由Li 携带 这对电池的循环稳定性非常重要 分子结构中叔丁基与酰胺连接 空间位阻大可阻止它被金属锂还原 可保持长久稳定性 玻璃化温度极高 可形成一种坚实骨架以保证Li 的迁移