LLZO固体电解质与锂负极的界面改性及其全固态电池开题报告

近年来，随着手机、笔记本电脑、电动汽车等设备的快速发展，对所用电池的性能提出了更高的要求。在各种二次电池中，锂离子电池以其高电压、高能量密度、体密度小、无记忆效应、自放电小、无污染、寿命长等特点而备受关注，成为目前使用最多也最具发展前景的小型储能装置。目前商用的锂离子电池主要以有机电解液为电解质。由于有机溶液的易燃性、易挥发性和腐蚀的存在，电池存在自燃、漏液等安全隐患。同时由于液态电解质的窗口电压限制，进一步提高锂离子电池的能量密度存在巨大挑战。而采用不可燃、不挥发的固态电解质的全固态电池具有良好的热稳定性和化学稳定性，可以有效避免由有机电解液带来的自燃、漏液等安全问题，并在一定程度上抑制锂枝晶的生长。而且其潜在的高能量密度也使其极具的发展前景。全固态电池的核心在于其固态电解质的应用。固态电解质按照其化学组成可分为以下2类: 无机型固体电解质、有机固态电解质。其中无机固体电解质又主要分为氧化物固体电解质、硫化物固体电解质。

在众多固态电解质中，LLZO由于锂离子电导率高、电化学窗口宽、与金属锂接触稳定性好而备受人们青睐。LLZO属于石榴石型氧化物电解质，相较于硫化物电解质，具有更高的空气稳定性、环境负荷小。Zhang等人通过Ta掺杂取代Zr得到晶粒电导为1.01mS/cm的 Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂(LLZT)电解质，其与金属锂负极电化学稳定性高，电化学窗口达到~5V，有望在高能量密度锂金属电池中得到应用。但是，LLZO系固态电解质与负极金属锂之间的界面阻抗过高是其固态电池使用的瓶颈问题。LLZO电解质与金属锂负极之间接触不良是造成界面电阻的主要原因。