杨程响,石 斌,王 振,王庆杰

(贵州梅岭电源有限公司,特种化学电源国家重点实验室,贵州遵义 563003)

传统锂离子电池的电解液易挥发、易泄漏、在极端温度环境下易分解/失活,隔膜容易被负极表面产生的枝晶或受压变形而刺穿短路,存在安全与寿命问题[1-2]。为解决安全问题,快离子导体型无机固体电解质已应用于固态锂离子电池中。与其他无机固体电解质相比,NASICON型LiM2(PO4)3(M=Ti、Ge、Zr和Hf)具有高室温离子电导率和良好的环境稳定性,有望得到实用[3]。斜方六面体LiTi2(PO4)3是综合性能良好、原材料来源广泛和制备成本低廉的优选材料之一,但传统固态反应法制备的LiTi2(PO4)3陶瓷电解质孔隙率较大,降低了离子电导率[4]。

可移动离子的浓度与晶胞中缺陷位的密度、晶界特性有关。调控晶界离子电导率的常用方法有:用异价元素替代掺杂,调控空位浓度;掺杂相同电荷、不同离子半径的元素,调控离子扩散通道的大小;通过界面修饰或界面元素富集,调控界面处空间电荷层的性质[5]。掺杂Al3+、Ga3+等3价阳离子,部分取代LiTi2(PO4)3中的Ti4+,可提高离子电导率[6]。

本文作者采用改进型溶胶-凝胶法制备 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)粉体材料,研究掺杂锂盐(硝酸锂,LiNO3)、正硅酸乙酯和氧化锗(GeO2)对LATP烧结性能、晶体结构及离子导电性能的影响,分析掺杂提升离子电导率的机理。

1 实验

1.1 材料合成

LATP粉体的合成:配制0.4 mol/L柠檬酸(国药集团,AR)溶液,按 LATP的化学计量比称取钛酸四丁酯[Ti(OC3H7)4,国药集团,AR],用足量氨水(重庆产,AR)抽滤洗涤数次,再缓慢加入盛有柠檬酸溶液的反应……