PEO/LLZGO复合电解质的制备、改性及电化学性能研究

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全固态电池由于其极高的安全性和可靠性而受到越来越多的关注,其中立方相石榴石电解质具有高离子电导率、电化学窗口宽、良好的界面稳定性等优点,是固体电解质材料的较优选择。本文以石榴石电解质粉末Li6.4La3Zr2Ga0.2O12为核心,首先制备出不同粒径尺寸的电解质粉末颗粒,然后将不同尺寸LLZGO颗粒与聚氧化乙烯(PEO)制备复合固态电解质中,并匹配Li Fe PO4正极极片,再探究复合电解质中LLZGO与PEO的含量比例,最后在电化学性能最好的复合电解质上进行选取增塑剂的改性,提高电池性能。具体内容如下:(1)溶液浇铸法制备复合固态电解质。通过将不同粒径的LLZGO电解质粉末添加到PEO基聚合物中,探究电解质粉末粒径的不同对复合电解质电化学性能、离子迁移率、电化学阻抗与机械性能的影响。论文通过对球磨过程中球磨转速、助磨剂、球磨时间、球磨介质尺寸大小、料球比、以及球磨介质级配对电解质粉末粒径影响的系统探究,发现异丙醇较乙腈与乙醇有更好助磨效果。异丙醇作助磨剂,料球质量比1:15,称取0.5和0.3 mm氧化钇锆球磨介质(质量比3:7),球磨12 h,得到了颗粒尺寸约500 nm的电解质粉。采用该电解质粉制备出的PEO复合电解质锂离子迁移数4+)达到0.281,且有较好的机械性能,有利于抑制锂枝晶的生长。在60℃、0.05 C倍率下经过74圈循环后,放电比容量达114.6 m Ah/g,容量保持率有81.3%。(2)复合电解质的优化与改性。通过优化无机固体电解质LLZGO粉的添加质量比例(0、10、20、30wt.%),探究了复合电解质的离子迁移数、界面阻抗、对Li金属的界面稳定性能以及热稳定性;发现在LLZGO的添加量为为20 wt.%时,复合电解质有较好的性能。论文更进一步,通过添加增塑剂聚乙二醇(PEG)、硝酸锂(Li NO3)对复合电解质进行改性,制备出的复合电解质其离子迁移数4+)达到0.33,在60℃、0.05 C倍率下经过150圈循环后电池容量从155.1 m Ah/g衰减到87.3 m Ah/g。
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