固體鋰離子電池用電解質合成方案之

2021-03-04 01:21:34 字數 1987 閱讀 1908

鋰電池用新型li10gep2s12固體快離子電解質

含鋰快離子電解質li10gep2s12,這種材料具有新型的立體框架結構,它在室溫下即具有非常高的電導率(12ms/cm),這意味著固體電解質中所能達到的最高電導率,甚至超過了有機電解液,室溫27℃時電導率為12ms/cm是非常高,這種新型的固態電池在裝置製造方面有許多的優勢(易成型,整合),穩定(無揮發性),安全(無**),和優良的電化學效能(高導電性和寬電位視窗)。

合成方法:

li10gep2s12由化學計量數量的li2s、ges2、p2s5在550℃下抽真空的石英管中反應合成,x射線衍射分析表明,產生了一種具有不同於以前所報導的快離子導體比如thio-lisicon和li7ps6的結構的新相,p跟鍺的比例決定於電感耦合等離子體(icp)質譜,並被認為是0.662:0.

338,這個數值的化學計量值p/ge=2。

具體操作方法之一:

合成原料為li2s(純度99.9%),p2s5(純度99%),ges2(純度99%),稱重,按摩爾比li2s/p2s5/ges2為5/1/1在充氬手套箱中混合,放置在不鏽鋼器皿中,使用振動磨碎機(cmt,tl-100)30分鐘,試樣壓制成顆粒狀,密封於石英管30pa,加熱套加熱到550℃反應溫度8小時,反應完成後,試管置於室溫下自然冷卻。xrd分析(rigaku, **artlaband ultima)用於驗證單相的形成,p/ge比例決定於icp光譜 (icap,thermo scientific)。

晶體結構分析,在結構分析過程中,框架結構由ge和磷硫化物多面體組成,鋰原子的位置根據同步迴旋加速和中子衍射資料確定, xrd資料採用使用了spring-8,bl02b2光束線高通量同步迴旋加速x射線源,戴薛式(debye-scherrer)照相儀器用於-173℃下測量。試樣密封於真空下石英毛細管(直徑0.3mm)以用於xrd檢測,衍射資料在2θ按0.

01°逐漸從3.0°到70.0°收集,入射光波長使用nist srm ceria 640b ceo2校準到0.

59960 ,新相單個電極引數使用xrd資料及自動標引方案dicvol,有效空間群決定於隨後的結構分析(結構由從頭計算方法和rietveld結構精修法建模),晶體結構通過從頭計算方法來解決,該方法使用直觀空間的乙個結構模型全域性優化,ps4和ges4四面體(不對稱晶胞中,設想的ge-s和p-s鍵長分別為2.1和2.0 )塊在重頭計算方法的初始構型作為構建模,該程式隨機運動,真實空間ps4和ges4四面體發生旋轉,計算結果與中子粉末晶體衍射圖樣相一致,重複觀察圖樣以找到最佳結構,初始結構使用rietan-fp程式進行rietveld結構精修,一些鋰離子的位置通過繪製傅利葉圖,同步衍射資料進行研究,中子rietveld方法實現了精確確定鋰離子位置及占用引數,中子衍射資料使用高解析度衍射儀,superhrpd (bl08), 在輻射設施中心,試樣密封在裝置了銦密封圈的釩電池中(直徑6mm),晶體結構使用z-rietveld程式進行rietveld結構精修,鋰離子位置通過繪製傅利葉圖研究,並修正位置及占用引數,最後修正環節,對所有原子位置進行熱力學各向異性引數進行修正,同步x射線和rietveld中子分析表明了li10gep2s12中所有鋰離子的位置。

離子和電子電導率,li10gep2s12粉末在氬氣氣氛下壓製成顆粒(直徑10mm,厚度3-4mm),然後塗上金使之成為電極,在進行離子電導率測試前真空中500℃加熱,au/li10gep2s12/au的交流阻抗在氬氣氣氛下-110℃到110℃範圍內測量,重複兩到三次,頻率特性分析(solartron,1260)引數100-500mv,到hz頻率範圍,au/li10gep2s12/au電池的迴圈伏安圖採用-0.5至5.0v,25℃,掃瞄速率1mv/s,電子電導由hebb-wagner極化法測量。

電效能分析測試,陰極為licoo2和li10gep2s12塗覆的linbo3,linbo3採用沸騰床塗覆一層licoo2粉,linbo3塗覆的licoo2和li10gep2s12按70∶30質量比用渦旋混合器混合5min,licoo2/li10gep2s12/in電池裝置在銦板上(nilaco,厚度0.1mm,直徑10mm)作為陽極,電池電化學效能取決於toscat-3100 (toyo system),在25℃下,外加電流14ma/g,迴圈試驗實現1.9到3.6v。

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