PDF《史茂雷 刘磊 田芳慧 王鹏飞 李嘉俊 马蕾》

2017 中国物理学会 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn 208201-1 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 66, No.

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208201 烧结质量, 增加样品致密度, 提高电导率. 然而, 电 导率的提高是否是助熔剂中引入锂源所致并未确 认, 是否使用无锂的助熔剂也可以提高电导率也尚 未明确. 本文以碳酸锂(Li2CO3), 三氧化二铝(Al2O3), 二氧化钛 (TiO2) 和磷酸二氢铵 (NH4H2PO4) 为前 驱物, 通过固相烧结法制备了 LATP 固体电解 质, 并研究了 B2O3 和LiBO2 两种助熔剂的加入 对LATP样品离子电导率的影响. 通过X射线衍射 (XRD) 图谱、 能谱分析仪 (EDS)、 交流阻抗 (EIS) 图谱以及扫描电镜(SEM)观察, 分析了两种助熔剂 对固体电解质离子电导率的影响及其原因.

2 实验方法 将Li2CO3, Al2O3, TiO2 和NH3H2PO4 按照 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 化学计量比进行称量混合, 置入球磨罐, 加入少量无水乙醇作为分散剂, 在行 星球磨机中以每分钟

280 转的速度球磨

2 h. 球磨 后所得粉末在干燥箱中

80 ? C 干燥

10 h, 使乙醇挥 发完全. 干燥后的粉末置入石英舟中, 于烧结炉中 氩气氛围

400 ? C煅烧

2 h. 所得物质再次球磨后在

30 mPa压力下压制成直径为16 mm、 厚度为1 mm 的圆片, 圆片分别在600, 800, 900,

1000 ? C下烧结

4 h, 对比样品衍射图谱和离子电导率, 确定最优烧 结温度. 于粉末中按照质量百分比1 wt.%―3 wt.% 分别混合加入助熔剂氧化硼和偏硼酸锂, 再次球磨 使粉末混合均匀后按照同样方式压片, 在最优烧结 温度下烧结4 h, 得到不同的样品烧结片. 对粉末与样品烧结片采用 XRD 图谱和 EDS 能谱分析, 其结构特征与元素含量;

对样品烧结片 经过喷金处理后进行 SEM 形貌观察;

通过阿基米 德原理测试材料密度;

利用电化学工作站对烧结 样品进交流阻抗测试, 分析其离子导电性能. 交流 阻抗测试前将样品烧结片两面使用

800 目金相砂 纸打磨后, 均匀涂抹导电银浆. 样品置于铝箔中在

120 ? C 干燥箱中干燥

2 h. 所有测试均在

25 ? C 室 温条件下进行.

3 实验结果与分析 3.1 XRD与EDS分析 通过 XRD 对样品的物相进行了分析, 扫描 角度为 10°―80°. 图1(a) 为在不同温度下烧结的 样品的 XRD 图谱. 由图

1 (a) 可以知,

600 ? C 时 仍有中间物质 AlO(OH) 和Ti2O3 的(012), (120), (031) 晶面衍射峰 (图1(a) 中*号已标出);

随着温 度升高到

800 ? C, LATP 结晶程度升高, 中间物质 AlO(OH) 和Ti2O3 的衍射峰完全消失, 形成纯相 的LATP;

温度进一步升高到

900 和1000 ? C, 没有 新的衍射峰出现, 表明无新物质生成, 物相保持稳 定. 与LiTi2(PO4)3(LTP)的标准卡(PDF#04-006- 8821) 对比发现衍射峰位整体发生右移. 根据布拉 格方程 2d sin θ = nλ. (1) 分析可知, XRD 峰位发生右移表明 Al 掺杂后形成 的LATP 的晶面间距小于 LiTi2(PO4)3 的晶面间 距, 即晶格参数减小. 这是由于进行替位式掺杂的 Al 离子半径小于 Ti 离子半径, 因此造成面间距等 晶格参数减小. 这也从侧面说明掺杂的 Al 成功替 换了 LiTi2(PO4)3 晶格中的 Ti 离子, 从而形成了 图1XRD 图谱 (a) 在不同温度下 (600―1000 ?C) 烧结

4 h 得到的 LATP 样品;

(b) 添加不同质量百分比 (0―3%) 助熔剂氧化硼

900 ?C 烧结所得样品 Fig. 1. X-ray di?raction pattern: (a) Sintered at vari- ous temperatures (600C1000 ?C) for