铝对锑掺杂锆酸镧电解质性能的影响 (6)

Jianli Gai等[29]通过在Zr位掺杂Nb,Y来提高锆酸镧锂固体电解质的电导率和空气稳定性,本研究以Li2CO3,La2O3,ZrO2,Y2O3和Nb2O5为原始材料,其中Li2CO3需过量1


Jianli Gai等[29]通过在Zr位掺杂Nb,Y来提高锆酸镧锂固体电解质的电导率和空气稳定性,本研究以Li2CO3,La2O3,ZrO2,Y2O3和Nb2O5为原始材料,其中Li2CO3需过量15%,将原料投入研磨机中匀速研磨8h,研磨好后将粉末在900℃的温度下,让其互相融合8h,待预烧的前驱体冷却后,再用研磨机磨制8h,将驱体用压片机压制成圆片,再放到氧化铝坩埚中,在样品的上方与下方铺一定量的母粉,减少Li的损失,然后在1100至1230℃温度下煅烧12h,即得到目标石榴石电解质样品。将样片处理后,用X射线衍射仪观察晶面微小结构、SEM和交流阻抗仪对电解质进行测试和表征,分别测试电解质样片的相组成,显微结构和电导率等性质。通过XRD可知,共掺杂Nb和Y可以稳定电解质的立方相,由其阻抗图谱可知,Y含量是0.5mol时,Li7La3Zr2-2xNbxYxO12电解质的电导率最好,数值是3.7×10-4S·cm-1。

吴剑芳等[30],通过共掺杂Ga3+和Rb+,来提高Li7La3Zr2O12的电导率,本研究在Ga3+掺杂LIZO基础上,进一步掺杂Rb+,实现共掺杂来制备Li6.1+2yGa0.3La3-yRbyZr2O12固体电解质陶瓷材料,其中,y=0,0.05,0.10,0.15和0.20。对比结果,Rb+含量的增加,固体电解质的电导率上升,因为掺杂Rb+会使石榴石电解质中供锂离子迁移的通道变大,Rb+含量为0.05mol时的电导率最大的,为1.62×10-4S·cm-1。如果继续增加Rb+含量反而降低了样品电导率,因为电解质中会生成Li2ZrO3,它的导电性很低。Li6.1+2yGa0.3La3-yRbyZr2O12固体石榴石电解质经交流阻抗仪表征,发现当Rb+含量小于0.1mol时,其电解质结构仅有立方相。经测试,Li6.2Ga0.3La2.95Rb0.05Zr2O12制成的锂离子电池,循环性良好,放电容量高。

黄冕等[31]从石榴石电解质本身为出发点,不进行掺杂别的金属离子,而是通过改变Li7La3Zr2O12锂离子本身含量,还有对电解质的烧结时间,来探究这两者对电解质样品电导率的影响关系。选择传统的固相方法制作所需样片,先将La2O3提前预烧,然后称取La2O3,ZrO2,LiOH·H2O后,将他们放在有异丙醇介质的环境下,用机器研磨半天时间,研磨好之后将混合物置于70℃的环境中,把异丙醇混发掉,得到干燥的粉末,之后先让粉末在800℃环境下,烧制15h,预烧完成后把粉末研磨细腻再进行压片处理,最后选取1200℃的反应温度来烧结,实验过程先改变Li含量从分别为-8%,-5%,-3%,5%,10%还有0%的原样,进行对比试验,可得出当Li含量从-8%到-3%的电导率呈上升趋势,并且在含量为-3%时,确实使电解质导电性能比原来更好,但是别的含量的Li的石榴石电解质,他们各自的电导率都低于原电解质,这是因为Li过多会堵塞原来Li离子迁移的通道,但是Li含量过少,则锂离子的载流速度会不够,不利于增加导电性。然后再控制烧结时间,观察烧结时间的长短对离子电导率的改变,分别选取12h,18h,24h,30h,36h来烧结同种样品,将烧结好的样品用阻抗图谱仪测试,观察其电阻规律,实验发现,在时间为12h到30h之间时,电解质样片的电活性越来越好,因为烧结时间越长,可以使晶粒融合的更加充分,让离子传导性更加优秀,30h时的电导率最为良好但是Li原子的损失也伴随着烧结时间的增加而增多,所以在烧结36h时,Li含量大大减少,不利于锂离子迁移,影响了本身电导率。

考虑到传统固相法制电解质时Li元素挥发的问题,黄晓等[32]让电解质样片在氧化锂的气氛下进行,探究它是否对原先的致密度的改善产生作用。他们用Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12作为研究对象,改变氧化锂氛围的量,比较使用1g氧化锂粉末和使用8g氧化锂粉末随烧灼时间延长,得到样片的电导率,将样片进行表征后发现,只使用1g氧化锂,发现烧灼的时间在20min以内时,电解质的致密度曲线比较稳定,电导率变化也比较细微,但是随着灼烧时间继续延长,发现致密度曲线呈向下趋势,电活性变小,晶界断面也有裂痕。再观察使用了8g氧化锂粉末样片的致密度和电导率曲线,随时间延长,2条曲线的趋势很平稳,再观察这些样片断面结构,有二次结晶现象产生。