[00146197]全固态锂电池中石榴石型电解质/电极功能层一体化设计及界面离子传输研究

项目基本按原计划执行,围绕石榴石型固态电解质 Li 7-x La 3 Zr 2-x Ta x O 12（LLZTO,x=0.2~1.0）的制备、性能表征及机理分析展开,并在其基础上展开对全固态电池,金属锂负极等方向的拓展研究。依靠本基金支持,相关研究结果已发表 SCI 论文 5 篇,申请专利 4 项,毕业研究生 3 人。 为提高锂电池的安全性、实现全固态电池的应用,该项目通过设计电极功能层,通过共压共烧工艺将其与电解质层一起制备成界面紧密结合的多层结构块材,并对界面锂离子迁移机理进行分析。主要研究内容包括：1)石榴石型固态电解质低温致密化,2)电极功能层内活性电极钴酸锂、石榴石型固态电解质以及电子导体银的组成比例调整,3)具有平整界面结构的电解质/电极功能层双层结构块材的制备及性能表征,4)全固态电池的制备及性能表征以及5)固态电解质在空气中的稳定型分析。通过固相法实现了在较低温度下（800oC）制备Ca/Ta共掺杂的Li6.55La2.95Ca0.05Zr1.5Ta0.5O12电解质,借助硼酸锂（Li3BO3,LBO）作为助熔剂,实现了电解质的低温致密化,30oC时锂离子电导率为1.33 × 10-4 S/cm,为后续电极功能层的实验设计和实施提供了基础。在电极功能层组成中,我们加入了Ag作为电子导体,改善了电极功能层内电子电导,有利于电极参与电化学反应,同时通过对称结构烧结方法,解决了共压共烧过程中,不同层间热收缩不匹配问题,实现了具有平整界面结构的多层块材制备,并在此基础上组装了全固态电池,所制备电池可实现对LED灯的供电。以上工作均按照基金计划执行,互为基础,循序渐进,所得成果与经验可为后续研究展开提供帮助,具有十分重要的基础科学价值,待其性能进一步改善之后,具有重要的实际应用前景。