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锂离子电池因其具有良好的储能性能,成为21世纪一种重要的能源载体,但传统的锂离子电池由于使用液态的电解液,存在着易燃、易爆、易泄漏等安全隐患,另一方面能量密度也难以进一步提升。将液态电解质变成固态电解质,能够解决这种现状,为锂离子电池的发展注入新的动力。石榴石型固态电解质(LLZO)因其具有高的离子电导率和电化学稳定性而备受关注,然而其烧结工艺复杂,难以获得稳定的立方相结构且界面电阻较大。聚环氧乙烷(PEO)由于其具有良好柔韧性、可塑性以及对锂盐良好溶解性也受到人们的青睐。将PEO和LLZO相结合构筑有机/无机复合电解质膜,有望解决上述问题。具体研究内容如下:(1)采用固相反应法制备了石榴石型固态电解质LLZO,引入Nb元素稳定LLZO的立方相结构。考察了 Nb掺杂量、锂源添加量、煅烧温度以及煅烧时间对LLZO制备的影响,设计陶瓷片埋粉烧结工艺,利用XRD和SEM对LLZO的结构和形貌进行分析,得到了性能优越的石榴石型固态电解质LLZNO。结果表明,当Nb的掺杂量为0.5时,Li过量10%,在950℃烧结6 h,可以获得稳定立方相结构的石榴石型固态电解质Li6.5La3Zr1.5Nb0.5O12(LLZNO)粉末;基于此球磨12 h,使LLZNO颗粒从2-3 μm减少到300-400 nm,经由压片制备完整的LLZNO陶瓷片素坯;于1250℃下烧结2 h,获得完全致密化的LLZNO陶瓷片,在25℃下离子电导率可以达到3.82 X 10-4 S cm-1。(2)采用了溶液浇铸法制备了 PEO20-LiTFSI-x wt%LLZNO柔性复合固态电解质膜,通过XRD,SEM对复合膜的结构和形貌进行表征,并以商业化LiFePO4为正极,金属锂为负极,组装成全固态锂离子电池,在60℃下对其电化学性能进行测试。结果表明,当锂盐加入量 n(EO:Li)为 20:1,LLZNO 为 10 wt%,PEO20-LiTFSI-10 wt%LLZNO复合电解质膜具有最高的离子电导率,60℃可以达到6.21×10-4 S cm-1,电化学窗口为 5.2 V。Li/PEO20-LiTFSI-10 wt%LLZNO/Li对称电池的恒电流充放电测试显示出长达800 h的稳定性和可逆性,表明复合电解质膜与Li金属电极之间具有良好的相容性,有利于Li+的均匀沉积并有足够的机械强度抵制锂枝晶的生长。全固态电池 LiFePO4/PEO20-LiTFSI-10 wt%LLZNO/Li 具有长的循环稳定性,在60℃下以0.5 C的倍率进行充放电,首圈放电容量153.4 mAh g-1,库伦效率为96.54%,稳定循环200圈后,放电容量仍然有143.3 mAhg-1,保持率达到93.4%。