【摘 要】
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固体电解质因其特殊的综合性能和高安全可靠性,可作为取代传统锂电池有机电解液的候选材料,因此,研发高离子导电性的固体电解质是重要的发展方向。本文以NASICON(Na superionic conductor)型磷酸盐陶瓷和玻璃陶瓷固体电解质为研究对象,探索提高固体电解质电导率的方法,为研究和开发高性能固体电解质材料提供理论和实践依据。主要研究内容如下:用固相烧结法制备三价M3+阳离子(Al3+、C
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固体电解质因其特殊的综合性能和高安全可靠性,可作为取代传统锂电池有机电解液的候选材料,因此,研发高离子导电性的固体电解质是重要的发展方向。本文以NASICON(Na superionic conductor)型磷酸盐陶瓷和玻璃陶瓷固体电解质为研究对象,探索提高固体电解质电导率的方法,为研究和开发高性能固体电解质材料提供理论和实践依据。主要研究内容如下:用固相烧结法制备三价M3+阳离子(Al3+、Cr3+)掺杂LiTi2(PO4)3(LTP)基陶瓷电解质。重点研究了掺杂离子和热处理工艺对相组成、微观结构和电性能的影响。研究表明,合适制备工艺和掺杂离子的选用对材料性能影响显著,Al3+和Cr3+离子掺杂改性后材料的离子电导率提高了两个数量级,相对密度提高到92.1%。Al3+离子掺杂效果最佳,制备陶瓷的最大电导率为4.56×10-4S cm-1,比纯LTP陶瓷提高了69倍,最低活化能为0.293 e V。采用固相烧结法制备了50Li2O-50P2O5(LP)/Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)玻璃陶瓷材料。研究了添加LP玻璃对LATP陶瓷结构和电性能的影响。利用DSC、SEM、拉曼光谱分析玻璃陶瓷的物相及结构变化,以及利用阻抗谱分析高低温晶粒、晶界电导率和活化能。结果表明:低熔点玻璃以液相形式促进陶瓷材料的烧结,致密化温度降低到850℃,电导率提高到8.20×10-4S cm-1,活化能降低到0.263 e V。利用高温熔融-整体受控析晶法制备Li2O-Al2O3-(SiO2)-TiO2-P2O5体系玻璃陶瓷。系统研究了添加不同SiO2对结构和性能的影响。利用DSC研究了玻璃的析晶动力学,结果表明,基础玻璃添加SiO2后ΔT(Tp-Tg)增大,提高了玻璃的形成能力。玻璃的析晶活化能为407 KJ/mol,晶化指数表明玻璃为一维整体析晶。XRD测定表明玻璃陶瓷主晶相为LiTi2(PO4)3,存在少量杂质相(Al PO4、TiO2)。玻璃的离子导电性很差在10-7S cm-1级,晶化后的玻璃陶瓷离子电导率达到10-4S cm-1级。添加SiO2=2的玻璃陶瓷,在950°C热处理获得最大电导率6.01×10-4S cm-1,活化能最低为0.298 e V,是不含SiO2玻璃陶瓷的1.4倍。所制备的玻璃陶瓷有望用于固体电解质领域。
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