Li-Sr-Hf-Ta基鈣鈦礦型固體電解質(zhì)的制備與性能研究.pdf

1、鋰離子電池因?yàn)槠涔ぷ麟妷?、能量密度、能量效率高以及自放電低等?yōu)勢(shì)吸引了大量研究者的注意。目前鋰離子電池廣泛使用的是有機(jī)電解液，但是有機(jī)電解液易燃，安全性能差制約了大功率電動(dòng)汽車用鋰離子電池的發(fā)展。固體電解質(zhì)是一類重要的功能材料，因其安全、室溫電導(dǎo)率高且電化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注。
　　有文獻(xiàn)報(bào)道了一類鈣鈦礦型 Li2x-ySr1-xTayZr1-yO3固體電解質(zhì)體系，性能較好。本文通過(guò) Hf取代 Zr固相法合成鈣鈦礦型 L

2、i2x-ySr1-xTayHf1-yO3固體電解質(zhì)，其中化學(xué)式為L(zhǎng)i3/8Sr7/16Ta3/4Hf1/4O3的樣品在鋰過(guò)量為20wt％的情況下，900℃預(yù)燒12h，壓片1300℃保溫10h性能最好，室溫電導(dǎo)率?Li=3.8×10-4S·cm-1，激活能為0.36eV。SPS燒結(jié)能夠進(jìn)一步提高Li3/8Sr7/16Ta3/4Hf1/4O3樣品的室溫電導(dǎo)率至4.38×10-4S·cm-1。
　　在固體電解質(zhì)中加入燒結(jié)助劑有利于提高材

3、料的致密度。Li3/8Sr7/16Ta3/4Hf1/4O3固體電解質(zhì)樣品分別加入2wt%硼酸鋰和氟化鋰能夠提高樣品致密度，加入之后樣品的室溫電導(dǎo)率分別為2.69×10-4S·cm-1和3.32×10-4S·cm-1。以氟化鋰為F-離子源，F(xiàn)-離子部分取代 O2-離子晶格位置，對(duì) Li3/8Sr7/16Ta3/4Hf1/4O3固體電解質(zhì)進(jìn)行 F-離子摻雜，摻雜后的Li3/8Sr7/16TayHf1-yO3-xFx固體電解質(zhì)，當(dāng)x=0.05

4、時(shí)，樣品Li3/8Sr7/16Ta0.7Hf0.3O2.95F0.05具有最高的密度，室溫電導(dǎo)率為3.14×10-4S·cm-1，激活能降低至0.31eV。
　　固體電解質(zhì)與金屬鋰之間是否電化學(xué)穩(wěn)定直接影響其在電池中的應(yīng)用。本文中，當(dāng)Li3/8Sr7/16Ta3/4Hf1/4O3固體電解質(zhì)與金屬鋰接觸20min之后，會(huì)由白色變成黑色，XPS光譜分析用于分析Li3/8Sr7/16Ta3/4Hf1/4O3固體電解質(zhì)與金屬鋰接觸面的氧化

5、物形態(tài)，結(jié)果顯示Ta會(huì)與金屬鋰發(fā)生反應(yīng)，所以Li3/8Sr7/16Ta3/4Hf1/4O3固體電解質(zhì)與金屬鋰之間不能直接接觸。Li3/8Sr7/16Ta3/4Hf1/4O3固體電解質(zhì)與商業(yè)化的有機(jī)電解液之間性能穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)12天之后，樣品室溫下總的電導(dǎo)率為1.7×10-4S·cm-1，界面電導(dǎo)率為3.3×10-4 S·cm-1。Li3/8Sr7/16Ta3/4Hf1/4O3固體電解質(zhì)在1.4V以下電壓不穩(wěn)定，但是在1.4-4.5V電壓范圍