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无锂助熔剂B2O3 对Li1.

3Al0.3Ti1.7(PO4)3 固体电解质离子电导率的影响 史茂雷 刘磊 田芳慧 王鹏飞 李嘉俊 马蕾 Effect of lithium-free flux B2O3 on the ion conductivity of Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 solid electrolyte Shi Mao-Lei Liu Lei Tian Fang-Hui Wang Peng-Fei Li Jia-Jun Ma Lei 引用信息 Citation: Acta Physica Sinica, 66,

208201 (2017) DOI: 10.7498/aps.66.208201 在线阅读View online: http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.208201 当期内容View table of contents: http://wulixb.iphy.ac.cn/CN/Y2017/V66/I20 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 锂离子电池正极材料Li2FeSiO4 的电子结构与输运特性 Electronic structure and transport properties of cathode material Li2FeSiO4 for lithium-ion battery 物理学报.2015, 64(24):

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048202 http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.048202 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 66, No.

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208201 无锂助熔剂B2O3对Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3固体 电解质离子电导率的影响? 史茂雷 刘磊? 田芳慧 王鹏飞 李嘉俊 马蕾 (河北大学电子信息工程学院, 保定 071002) (

2017 年3月3日收到;

2017 年6月9日收到修改稿 ) 采用固相法制备锂离子电池用固体电解质磷酸钛锂铝 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP), 研究了不同烧结 温度以及助熔剂对 LATP 固体电解质离子电导率的影响. 采用 X 射线衍射、 能谱分析、 扫描电镜和交流阻抗 等方法, 研究样品的结构特征、 元素含量、 形貌特征以及离子导电性能. 结果表明, 在900 ? C 烧结可以获得 结构致密、 离子电导率较高的纯相 LATP 陶瓷固体电解质. 与添加助熔剂 LiBO2 的样品进行对比实验发现, 采用 B2O3 代替 LiBO2 作为助熔剂也可以提高烧结样品的离子电导率, 并且电解质的离子电导率随助熔剂 添加量的增大, 先增大后减小, 其中添加质量百分比为 2% 的B2O3 的样品具有最高的室温离子电导率, 为1.61 * 10?3 S/cm. 关键词: 固体电解质, Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3, 助熔剂, 固相烧结法 PACS: 82.47.Aa, 66.30.Ch, 82.45.Gj DOI: 10.7498/aps.66.208201

1 引言解决锂离子电池的安全问题一直是规模化储 能和便携式储能的研究重点, 使用惰性的无机固体 电解质替换易燃易爆的液体电解质, 是改善锂离子 电池安全问题的重要途径 [1?3] . 锂离子无机固体电 解质主要分为陶瓷电解质 (晶态) 和玻璃电解质 (非 晶态) 两大类 [4] . 玻璃态电解质虽然室温下离子电 导率较高, 已知最高可以达到 1.3 * 10?3 S/cm [5] , 但玻璃是亚稳态结构, 高温下性能不稳定 [6] . 陶瓷 和微晶陶瓷固体电解质电导率相对较低, 但由于其 结构稳定, 制备成本低, 是固体电解质的研究热点 之一 [7] . 目前无机固体电解质中, NASICON 型结 构的铝掺杂磷酸钛锂 LiTi2(PO4)3(LTP)陶瓷材料, 由于其结构稳定、 电导率较高, 受到国内外研究人 员的广泛关注 [8?11] . 研究表明, LTP具有与锂离子半径匹配的孔道 结构, 使得锂离子可以顺畅传输 [13] . 制备 LTP 常 用的方法主要有溶胶凝胶法 [13,14] 、 流延法 [15] 、 喷 雾干燥法 [16] 和固相法等. 其中固相法相对简单, 可控性较高. Chen [17] 通过高温固相烧结得到的 LTP, 其室温离子电导率为2 * 10?6 S/cm. 通过烧 结所得到的LTP的离子电导率较低, 主要原因在于 单纯烧结得到样品的空隙率较高. 而使用阳离子 (Fe, Al, Cr, Ga 等) 对Ti位进行替位式掺杂可以提 高电解质的电导率 [18] , 其中, 铝掺杂的磷酸钛铝锂 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP) 在室温下电导率相 对较高 [19] . 这是因为, 根据电荷平衡, 铝掺杂会导 致锂浓度增大 (即Ti4+ →Al3+ +Li+ ), 从而使电导 率增大. Hosono 等研究发现, 磷酸钛铝锂 (LATP) 电导率相较于 LTP 的提高主要是因为提高了晶体 的致密度, 导致晶界导电活化能减小, 而非改善锂 离子的迁移率 [20] . 吴显明 [21] 在LATP制备中使用 了助熔剂 LiBO2, 结果显示在加入助熔剂后样品致 密度提高, 电导率也有所提高. 以上研究表明, 在 烧结前粉体中加入适量的助熔剂 LiBO2 可以改善 ? 国家自然科学基金 (批准号: 61204079)、 河北省自然科学基金 (批准号: F2017201130) 和河北省青年拔尖人才计划资助的课题. ? 通信作者. E-mail: thesisliu@163.com ?