鋯位摻雜鋯酸鑭鋰固體電解質(zhì)溶膠凝膠法制備及性能研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于各個(gè)方面。在鋰電池大量使用的過(guò)程中，由液態(tài)電解質(zhì)引發(fā)的易燃、易爆等安全隱患是目前亟待解決的問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，人們提出了全固態(tài)鋰離子電池的概念。固體電解質(zhì)是全固態(tài)電池的重要組成部分。其中，具有類石榴石型晶體結(jié)構(gòu)的固體電解質(zhì)Li7La3Zr2O12（簡(jiǎn)稱LLZO）具有較高的室溫離子電導(dǎo)率、較好的電化學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性、環(huán)境污染小、易制備、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有應(yīng)用前景的固體電解質(zhì)材料。
　

2、　本文以石榴石結(jié)構(gòu)的LLZO固體電解質(zhì)為研究對(duì)象，采用溶膠凝膠法分別制備了Mn4+摻雜的LLZO和Mo6+摻雜的LLZO，并使用X射線衍射儀、阿基米德排水法、掃描電子顯微鏡、交流阻抗譜等測(cè)試方法對(duì)所得樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)及性能表征。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　采用溶膠凝膠法在900℃保溫6h合成粉體Li7La3Zr2-xMnxO12（x=0、0.01、0.03、0.05、0.07），在1115℃保溫3h燒結(jié)得到Li7La3Zr2-xMnxO1

3、2（0≤x≤0.07）陶瓷樣品。X射線衍射結(jié)果表明，所有合成的陶瓷樣品均為立方相與四方相的混合相。Li7La3Zr1.97Mn0.03O12陶瓷樣品的相對(duì)致密度高達(dá)94％。Li7La3Zr1.97Mn0.03O12的導(dǎo)電性能最優(yōu)，總的離子電導(dǎo)率為9.71×10-5S/cm，總鋰離子遷移激活能為0.33eV。
　　采用溶膠凝膠法在750℃保溫6h合成Li7-2xLa3Zr2-xMoxO12（x=0、0.05、0.10、0.20、0.

4、30）粉體，并在1100℃保溫3h燒結(jié)得到Li7-2xLa3Zr2-xMoxO12（0≤x≤0.30）陶瓷樣品。粉末XRD數(shù)據(jù)表明x≥0.10時(shí)，粉體在750℃保溫6h生成立方相結(jié)構(gòu)。陶瓷樣品測(cè)得的XRD數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，未摻雜的LLZO呈立方相與四方相的混合相結(jié)構(gòu)。摻雜量x≥0.05時(shí)，樣品的晶體結(jié)構(gòu)由混合相轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较嘟Y(jié)構(gòu)。Mo的摻雜使晶粒尺寸逐漸減小，顆粒大小分布均勻，氣孔減少，陶瓷樣品的致密度增加。摻雜量為 x=0.20的樣品的致密