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锂离子二次电池由于它的高电压,高能量密度等优点而使用日益广泛,尤其是在移动电话,笔记本电脑等便携式电器出现以后发展更加迅速。然而有一个安全问题一直困扰着我们,这些锂离子二次电池使用的电解质是可燃的有机电解液,容易发生安全问题。全固态锂离子电池有高的安全使用性能,固体电解质中的无机固体电解质材料具有机械强度高,不含易燃、易挥发成分,不存在漏液等安全问题,可用于高温环境等诸多优点。若将无机固体材料制成薄膜,可以实现锂离子电池微型化,由此组装的薄膜锂电池适合做各类电子产品的支撑电源。因此无机固体电解质是锂离子电池很有潜力的电解质材料。
Li2S-SiS2体系玻璃电解质是最有希望的固体电解质,它的电导率在室温下高达10-4S·cm-1,有文献表明在Li2S-SiS2体系中掺杂氧化物能够提高体系室温下的电导率和稳定性。Li3N晶体由于它作为固体电解质的极高的电导率(室温下1.2×10-3S·cm-1)引起了人们的广泛关注。然而Li3N的分解电压非常低(0.445V),是不可能用纯的Li3N作为锂离子二次电池的固体电解质的。本文以无机固体电解质为研究对象,利用固相合成方法制备了以Li2S-SiS2为基体掺杂Li3N的三元体系Li2S-SiS2-Li3N;通过XRD对样品进行了物相分析;采用交流阻抗技术测量了电解质样片的阻抗谱并计算了离子电导率和活化能;并利用循环伏安法估测了电解质样片的电化学稳定性;用固体电解质组装成模拟电池进行充放电测试。
研究结果说明Li2S-SiS2体系在掺杂了Li3N后,物理化学性能都得到了极大的提高,当然,我们的研究还处于初步探索阶段,仍然需要更进一步的研究工作。最后针对实验中所出现的问题,提出了实验的后续工作,包括用机械球磨的方法制备Li2S-SiS2-Li3N固体电解质等。