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文檔簡介
1、Li3Sc2(PO4)3是屬于鈉超離子導(dǎo)體(NASICON)結(jié)構(gòu)的快離子導(dǎo)體,因內(nèi)部存在三維的離子傳導(dǎo)通道導(dǎo)致其可能具有很好的離子導(dǎo)電性能。作為純固態(tài)電解質(zhì)材料,Li3Sc2(PO4)3在空氣中具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,它能夠克服目前鋰離子電池由于使用可燃有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)帶來的易燃易爆等安全隱患。然而,純的Li3Sc2(PO4)3化合物離子導(dǎo)電性能較差,不能滿足高能鋰離子電池的使用要求。如何提高Li3Sc2(PO4)3快離子導(dǎo)體離子導(dǎo)電性能成
2、為全固態(tài)鋰離子電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
本研究在課題組以往SiO44-取代Li3Sc2(PO4)3中PO43-陰離子的基礎(chǔ)上,首先嘗試?yán)肁l3+對(duì)Li3.15Sc2(PO4)2.85(SiO4)0.15中的Sc3+進(jìn)行部分摻雜,以改善其離子導(dǎo)電性。研究結(jié)果表明:隨著Al3+摻雜量的不斷增加,樣品的離子電導(dǎo)率呈拋物線規(guī)律變化,并在Al3+摻雜濃度為0.45時(shí),樣品的室溫離子電導(dǎo)率達(dá)到最大值(σ298=1.04×10-3 S/m),
3、同時(shí)相應(yīng)的離子傳導(dǎo)激活能為42.45 kJ/mol。其次,利用LiBO2做助熔劑對(duì)上述樣品進(jìn)行改性,結(jié)果表明:LiBO2的加入改善了樣品的燒結(jié)性能,但對(duì)材料的離子電導(dǎo)性能沒有明顯改善。27Al MAS-NMR測試結(jié)果表明:所摻雜的Al(OH)3大部分以八面體形式存在,起到了部分替代Li3.15Sc2(PO4)2.85(SiO4)0.15中Sc3+陽離子的作用。
以V2O5為原料用VO43-對(duì)Li3Sc2(PO4)3中的PO43
4、-進(jìn)行陰離子取代,制備了Li3Sc2(PO4)3-y(VO4)y(y=0~2.0)系列樣品。當(dāng)y≤1.2時(shí),能形成均一的Li3Sc2(PO4)3-y(VO4)y化合物,進(jìn)一步提高VO43-摻入量,材料中出現(xiàn)了VPO5, V(PO3)3和ScVO4等雜質(zhì)相。燒結(jié)處理的結(jié)果表明:用VO43-替代Li3Sc2(PO4)3中的PO43-不僅使樣品的孔隙率明顯降低,燒結(jié)性能顯著改善,而且成型效果也得到明顯改善。隨著VO43-摻入量的增加,樣品的電
5、導(dǎo)率提高,相應(yīng)的離子傳導(dǎo)激活能降低。當(dāng)y=1.5時(shí),樣品的室溫電導(dǎo)率最大(σ298=8.41×10-3 S/m),同時(shí)相應(yīng)的離子傳導(dǎo)激活能最小(Ea=39.65 kJ/mol)。這一電導(dǎo)率值與未摻雜的相比提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí),是Zr4+-替代和SiO44--替代樣品的9倍。電子電導(dǎo)率測試結(jié)果表明:y≤1.5的樣品電子電導(dǎo)率占總電導(dǎo)率的比率<1%,說明本研究所制備的VO43-取代的Li3Sc2(PO4)3樣品是純的鋰離子快離子導(dǎo)體。
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