不同離子取代對Li3Sc2(PO4)3化合物離子導(dǎo)電性能的影響.pdf

1、Li3Sc2(PO4)3是屬于鈉超離子導(dǎo)體(NASICON)結(jié)構(gòu)的快離子導(dǎo)體，因內(nèi)部存在三維的離子傳導(dǎo)通道導(dǎo)致其可能具有很好的離子導(dǎo)電性能。作為純固態(tài)電解質(zhì)材料，Li3Sc2(PO4)3在空氣中具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，它能夠克服目前鋰離子電池由于使用可燃有機液態(tài)電解質(zhì)帶來的易燃易爆等安全隱患。然而，純的Li3Sc2(PO4)3化合物離子導(dǎo)電性能較差，不能滿足高能鋰離子電池的使用要求。如何提高Li3Sc2(PO4)3快離子導(dǎo)體離子導(dǎo)電性能成

2、為全固態(tài)鋰離子電池領(lǐng)域的研究熱點。
　　本研究在課題組以往SiO44-取代Li3Sc2(PO4)3中PO43-陰離子的基礎(chǔ)上，首先嘗試利用Al3+對Li3.15Sc2(PO4)2.85(SiO4)0.15中的Sc3+進行部分摻雜，以改善其離子導(dǎo)電性。研究結(jié)果表明：隨著Al3+摻雜量的不斷增加，樣品的離子電導(dǎo)率呈拋物線規(guī)律變化，并在Al3+摻雜濃度為0.45時，樣品的室溫離子電導(dǎo)率達到最大值(σ298=1.04×10-3 S/m)，

3、同時相應(yīng)的離子傳導(dǎo)激活能為42.45 kJ/mol。其次，利用LiBO2做助熔劑對上述樣品進行改性，結(jié)果表明：LiBO2的加入改善了樣品的燒結(jié)性能，但對材料的離子電導(dǎo)性能沒有明顯改善。27Al MAS-NMR測試結(jié)果表明：所摻雜的Al(OH)3大部分以八面體形式存在，起到了部分替代Li3.15Sc2(PO4)2.85(SiO4)0.15中Sc3+陽離子的作用。
　　以V2O5為原料用VO43-對Li3Sc2(PO4)3中的PO43

4、-進行陰離子取代，制備了Li3Sc2(PO4)3-y(VO4)y(y=0~2.0)系列樣品。當(dāng)y≤1.2時，能形成均一的Li3Sc2(PO4)3-y(VO4)y化合物，進一步提高VO43-摻入量，材料中出現(xiàn)了VPO5, V(PO3)3和ScVO4等雜質(zhì)相。燒結(jié)處理的結(jié)果表明：用VO43-替代Li3Sc2(PO4)3中的PO43-不僅使樣品的孔隙率明顯降低，燒結(jié)性能顯著改善，而且成型效果也得到明顯改善。隨著VO43-摻入量的增加，樣品的電

5、導(dǎo)率提高，相應(yīng)的離子傳導(dǎo)激活能降低。當(dāng)y=1.5時，樣品的室溫電導(dǎo)率最大(σ298=8.41×10-3 S/m)，同時相應(yīng)的離子傳導(dǎo)激活能最小(Ea=39.65 kJ/mol)。這一電導(dǎo)率值與未摻雜的相比提高了兩個數(shù)量級，是Zr4+-替代和SiO44--替代樣品的9倍。電子電導(dǎo)率測試結(jié)果表明：y≤1.5的樣品電子電導(dǎo)率占總電導(dǎo)率的比率<1％，說明本研究所制備的VO43-取代的Li3Sc2(PO4)3樣品是純的鋰離子快離子導(dǎo)體。