1. 研究目的与意义（文献综述）
锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、安全性能好等优点，已在手机、笔记本电脑、电动工具等中小型电池和微电子电池领域广泛应用，市场巨大。美国阿贡国家实验室[文献]统计后发现，锂离子电池研究达到所有电池研发比重的95%。我国紧紧把握汽车动力系统电气化的战略转型方向，为了迅速提高电动车锂离子蓄电池的性能，以提高电动汽车的续驶里程，国家《电动汽车科技发展“十二五”规划》明确提出了面向电动车的高能量密度、高功率密度、长循环寿命、高安全性的动力蓄电池模块的技术要求。然而锂离子电池在纯电动汽车、混合动力汽车等大型电池领域应用还存在一些问题亟待解决，譬如电池结构中存在的易挥发易燃易爆的有机电解液可影响锂离子电池的使用安全。电解质作为电池中一个至关重要的组成部分，其性能很大程度上决定了电池的功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命。相比于使用液态电解质的锂离子电池，全固态锂离子电池（如图1所示）构造简单、体积小，能量密度和功率密度高，可获得大电压单体电池模块，且热稳定性和安全性好，使用的温度范围宽。因此，采用固体电解质代替传统电解液发展全固态锂离子电池是解决电池安全问题、提高电池储能密度的新技术思路。本项目旨在研发可应用于全固态锂离子电池的固体电解质这一关键材料，实现固体电解质的稳定制备、可控掺杂，掌握离子传输机制及其离子电导率的有效提高，使之达到可实用化水平，预期成果可为全固态锂离子电池提供一种可供选择的高性能固体电解质候选材料和相关理论支撑。
2. 研究的基本内容与方案
研究目标:高致密、高纯立方相锂镧锆氧（li7la3zr2o12，简写为llzo）固体电解质的低温快速烧结、掺杂及其离子导电性能。
基本内容：采用场辅助活化烧结技术（fast）制备物相组成、微观结构（晶粒尺寸、晶界结构）可控的高致密立方相llzo陶瓷。研究al对形成立方相llzo的作用以及载流子（li离子）的浓度对llzo离子电导率的影响规律；对llzo进行掺杂改性，研究载流子的通道大小对llzo的离子电导率的影响。掌握llzo陶瓷中载流子浓度和通道的有效控制技术，阐明llzo陶瓷中载流子的输运机制，通过提高载流子的输运能力提高llzo陶瓷的导电性能，获得高导电的llzo陶瓷。构建立方相llzo晶胞，分析其中li离子的三维空间排布以及其扩散通道，结合第一性原理计算分析li离子的扩散机制。
技术方案及措施：首先采用球磨法和共沉淀法制备得到不同尺度的llzo前驱体复合粉末，其次采用电场辅助烧结技术（fast）来实现低温快速致密化，抑制锂元素挥发，通过优化工艺来制备高纯，高致密度，高电导的固体电解质llzo。在此基础上，研究al对立方相形成的作用机制和al含量和晶粒尺寸对其锂离子电导率的影响。通过构筑llzo陶瓷掺杂体系，研究llzo陶瓷中载流子的浓度和载流子迁移率的有效控制技术，阐明llzo固体电解质中载流子的运输机制，通过掺杂提高载流子的输运能力进一步提高llzo陶瓷的离子电导率，获得更高品质的llzo固体电解质。同时，构建立方相llzo晶胞模型，分析晶胞中li离子的三维空间排布以及其扩散通道，结合materials studio中castep模块的第一性原理计算方法，对理想立方相llzo以及掺杂llzo体系中li离子扩散机制进行分析。
3. 研究计划与安排
第1~3周 查阅文献；分析题目研究现状，学习基本理论；
第4周 阅读文献、撰写开题报告，英文文献翻译；
第5周 学习了解热电测试设备的工作原理，确定实施方案；
4. 参考文献（12篇以上）
[1] n. kamaya, k. homma, y. yamakawa, m.hirayama, r. kanno, m. yonemura, t.i. kamiyama, y. kato, s. hama, k. kawamoto, a.mitsui, a lithium superionic conductor, nat. mater. 10 (2011) 682–686.
[2] s. ohta, t. kobayashi, j. seki, t. asaoka, electrochemical performance ofan allsolid-state lithium ion battery with garnet-type oxide electrolyte, j.powersources 202 (2012) 332–335.
[3] r. murugan, v. thangadurai, w. weppner, fast lithium ion conduction in garnet-typeli7la3zr2o12, angew. chem. int. ed. 46 (2007) 7778–7781.
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