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LAGP导电微晶玻璃的研究

作　者: 何坤
导　师: 祖成奎
学　校: 中国建筑材料科学研究总院
专　业: 材料学
关键词: 微晶玻璃 析晶动力学 交流阻抗 锂离子电导率 固体电解质
分类号: TQ171.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 67次
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内容摘要


Li1.5Al0.5Ge1.5（PO4）3（LAGP）导电微晶玻璃是通过对基础玻璃进行晶化处理而得到的，由导电晶相和残余玻璃相组成的多晶材料。因为具有较高的锂离子电导率、优异的抗弯强度和电化学稳定性，该微晶玻璃有望作为锂离子电池固体电解质材料获得应用。论文通过对LAGP导电微晶玻璃的析晶机理、组成、晶化工艺、微观结构和电学性能等方面的研究，制备出室温电导率高、抗弯强度大、电化学稳定性良好、电化学窗口较宽的LAGP导电微晶玻璃，为该材料在全固态锂离子电池中的应用奠定了理论基础。主要研究内容和结论如下：1.采用DSC热分析方法，利用Kissinger方程、Augis-Bennett方程和Matusita方程求得Li1.5Al0.5Ge1.5（PO4）3基础玻璃的析晶活化能Ec分别为451.69、465.13和442.01KJ/mol，三种非等温方程计算出的析晶活化能Ec值差别较小（在实验误差的允许范围之内），说明论文计算的Ec准确，能够客观反映LAGP导电微晶玻璃析晶的难易程度。2.由Matusita方程计算出的晶体生长指数均值n=2.2，说明Li1.5Al0.5Ge1.5（PO4）3基础玻璃在玻璃态向多晶态转变的过程中是由体析晶控制的，晶粒生长过程为三维生长。3.制备Li1.5Al0.5Ge1.5（PO4）3导电微晶玻璃的最佳晶化制度为：以3℃/min的升温速率升温至850℃，保温晶化处理8h。该晶化工艺制备的导电微晶玻璃晶粒分布均匀，各晶粒之间接触紧密，晶界电阻小，样品电导率高。4.Li1.5Al0.5Ge1.5（PO4）3（x=0.050.3）导电微晶玻璃析出的晶体为LiGe2（PO4）3和GeO2，其中导电主晶相为LiGe2（PO4）3，杂质相为GeO2。当x=0.1时，有效的补偿了高温熔制过程中GeO2的挥发，保证了主晶相LiGe2（PO4）3的充分析出，此时LiGe2（PO4）3晶粒充分长大、分布均匀，晶界清晰，LAGP导电微晶玻璃的室温电导率最高，达到5.9×10-4S/cm。5. Li1.5Al0.5Ge1.5（PO4）3导电微晶玻璃抗弯强度为82.24MPa、与金属锂电极接触的电化学性能稳定、电化学窗口较宽（07V），该材料作为电解质，在军、民全固态锂离子电池领域具有广阔应用前景。论文研究对LAGP导电微晶玻璃制备技术以及该材料作为电解质在全固态锂离子电池中应用的可能性提供了有价值的数据和理论支持，具有重要的理论和实际意义。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-24
  1.1 微晶玻璃  10-16
    1.1.1 微晶玻璃的特点  10-11
    1.1.2 微晶玻璃的制备方法  11-13
    1.1.3 微晶玻璃的分类  13-15
    1.1.4 微晶玻璃的应用  15-16
  1.2 导电微晶玻璃  16-21
    1.2.1 LiM_2(PO_4)_3（M=Ti、Ge）导电微晶玻璃  16
    1.2.2 LiM_2(PO_4)_3（M=Ti、Ge）导电微晶玻璃的导电机理  16-18
    1.2.3 LiM_2(PO_4)_3（M=Ti、Ge）导电微晶玻璃的国内外研究现状  18-21
  1.3 研究意义和主要内容  21-23
    1.3.1 研究目的和意义  21-22
    1.3.2 研究内容  22-23
    1.3.3 创新点  23
  1.4 本章小结  23-24
第二章 实验材料与研究方法  24-32
  2.1 实验用原材料与设备  24-25
  2.2 LAGP 导电微晶玻璃制备工艺  25-27
    2.2.1 实验流程图  25-26
    2.2.2 LAGP 导电微晶玻璃的制备  26-27
  2.3 样品结构和性能测试  27-31
    2.3.1 差示扫描量热  27-28
    2.3.2 X 射线衍射分析  28
    2.3.3 扫描电子显微镜分析  28-29
    2.3.4 抗弯强度测试  29
    2.3.5 电学性能测试  29-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章 LAGP 导电微晶玻璃析晶动力学研究  32-46
  3.1 热分析动力学理论及方法  32-36
    3.1.1 Kissinger 方程  34
    3.1.2 Augis-Bennett 方程  34-35
    3.1.3 Matusita 方程  35-36
  3.2 LAGP 系统玻璃析晶动力学  36-44
    3.2.1 LAGP 基础玻璃 DSC 曲线与特征温度  36-37
    3.2.2 玻璃析晶活化能计算  37-42
    3.2.3 晶体生长指数计算  42-43
    3.2.4 玻璃转变活化能  43-44
  3.3 本章小结  44-46
第四章 LAGP 导电微晶玻璃“组成-晶化工艺-结构-性能”关系规律研究  46-56
  4.1 LAGP 导电微晶玻璃的主晶相  46-47
  4.2 晶化制度对 LAGP 导电微晶玻璃结构、性能影响的研究  47-49
  4.3 GeO_2 含量对 LAGP 导电微晶玻璃结构、性能影响的研究  49-53
  4.4 LAGP 导电微晶玻璃抗弯强度  53-54
  4.5 本章小结  54-56
第五章 LAGP 导电微晶玻璃的电化学性能及其锂电池应用研究  56-62
  5.1 LAGP 固体电解质在锂电池中的作用及性能要求  56-58
  5.2 LAGP 导电微晶玻璃的电化学稳定性和电化学窗口  58-60
    5.2.1 电化学稳定性  58-59
    5.2.2 电化学窗口  59-60
  5.3 LAGP 导电微晶玻璃作为锂离子电池电解质的应用前景  60-61
  5.4 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-70
攻读硕士学位期间发表的论文  70-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 玻璃工业 > 基础理论
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