基于固体电解质LATP制备全固体超级电容器的研究

《基于固体电解质LATP制备全固体超级电容器的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文基于固体电解质LATP制备全固体超级电容器的研究作者姓名陈逸炼学科专业微电子学与固体电子学指导教师胡星副教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月Fabricationandcharacteristicsofall-solid-statesupercapacitorbasedonLATPsolidelectrolyteADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ChenYilianSupervisor：Prof.H

2、uXingSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：学校代号：10561学号：201520115971华南理工大学硕士学位论文基于固体电解质LATP制备全固体超级电容器的研究作者姓名：陈逸炼指导教师姓名、职称：胡星副教授申请学位级别：硕士学科专业名称：微电子学与固体电子学研究方向：固体电介质及应用电子技术论文提交日期：2018年05月29日论文答辩日期：2018年05月30日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席

3、：凌志远委员：胡星李屹摘要能源短缺与环境污染问题是人类进入新世纪后的两大挑战，新型储能设备成为各国研究的重点。然而，为了保证电解质的离子电导率，商业化的储能设备普遍采用液体电解质，使得储能设备存在电解液泄露以及爆炸等隐患，而采用固体电解质替代液体电解质可以有效解决此类问题。超级电容器以其高容量、高功率密度、长寿命等优点被广泛关注，基于固体电解质的全固体超级电容器具有很大应用前景。本文采用固相反应法一步合成Li1.3Al0.3Ti1.7P3O12(LATP)固体电解质，通过添加助烧剂提高其各项性能，并

4、设计出碳填充三维连通电极结构获得层状结构全固体超级电容器，并对其结构、性能等进行研究。主要内容如下：采用固相反应法合成单相LATP固体电解质，通过采用聚磷酸铵(APP)替代NH4H2PO4作为PO4前驱体，一步合成反应产物，避免传统合成方法繁琐的实验过程；添加助烧剂LiMnPO4(LMP)改善LATP陶瓷的烧结特性、力学特性和化学稳定性等，且反应动力学结果显示高温下LATP与LMP化学兼容。在助烧剂添加量为2%，烧结温度为825°C时，密度达到了最大，同时，其维氏硬度也达到最大的473HV，离子电导

5、率-4-1也同时获得最高值(4.9×10Scm)。通过电化学阻抗和循环伏安测试，对单层致密电解质的等效电路进行了分析，拟合结果与实验结果一致，结果表明电解质/电极界面存在着典型的双电层界面电容行为，有望用于制备超级电容器。设计并制备了碳填充多孔电解质/致密电解质/碳填充多孔电解质的三明治结构全固体超级电容器，并进行了电化学性能测试。通过将添加助烧剂的LATP粉和未添加助烧剂的LATP粉压在一起烧结，获得了多孔/致密层状陶瓷；通过在多孔陶瓷内填充聚酰亚胺溶液，并真空热处理，获得了碳填充多孔电解质；压汞

6、仪分析证明了碳填充多孔陶瓷后，平均孔径下降、孔隙率下降，表明碳获得了有效的填充，但填充率仍有很大的改善-1-2空间。层状超级电容器在2mVs下具有较大的面积比电容：0.13Fcm，且经过600次循环后，容量仍剩余91%。将来工作中仍需要合理的设计孔结构分布，提高碳填充率，改善电极与固体电解质接触，以提高电容器的容量以及放电倍率特性。关键词：超级电容器；固体电解质；LATP；层状陶瓷IAbstractEnergyshortageandenvironmentalpollutionaretwomajorc

7、hallengesforhumanityafterenteringthenewcentury.However,commercializedenergystoragedevicesmostlyuseliquidelectrolytestomaintaintheirhighionicconductivity,whichcausestheinherenthazardsofleakagesandfire.Theuseofasolidelectrolyteinsteadofaliquidelectrolytec

8、aneffectivelysolvesuchproblems.Supercapacitorshaveattractedwideattentionduetotheiradvantagesofhighcapacity,highpowerdensityandlongcyclelife.All-solid-statesupercapacitorsbaseonsolidelectrolytehavegreatpotential.Inpresentthesis,asingleph