基于Li3xLa2/3-xTiO3的无机固态锂离子导体的电性能研究

摘要

锂离子电池在表现出更加广阔的应用前景的同时，也逐渐暴露出一些问题。近年来因锂电池电解液泄露、或在高温环境下使用导致爆炸的事故越来越多。锂离子电池的安全问题已经引起了人们的重视。使用非可燃性无机固体锂离子电解质可以很好地解决这一问题。固态锂离子电解质目前也存在诸多不足，最重要的一点是锂离子电导率比液态电解质材料低。
　　本文从体电导率和晶界电导率两方面入手，分析锂离子含量和Sr元素掺杂对Li3xLa2/3-xTiO3陶瓷体电导率的影响，并用空间电荷层模型解释晶界处锂离子电导率低的现象，探究低晶界离子电导的物理本质。
　　采用固相合成法制备了不同锂含量的Li3xLa2/3-xTiO3陶瓷，XRD分析样品的物相及晶格参数，EIS进行电导性能测试。分析结果可得，锂含量较低的LLTO样品为四方相，随锂含量增加，物相逐渐向立方相转变。在室温20℃下，x=0.12时，LLTO的总电导率最高，为σ=5.45×10-5（S·cm-1）；x=0.14时，LLTO的体电导率最高，为σ=1.02×10-3（S·cm-1）。
　　通过对LLTO样品进行Sr元素的掺杂，制得了Li0.36SryLa0.55-2/3yTiO3陶瓷，XRD分析其物相，SEM观察其组织形貌，EIS进行电导性能测试，与没掺Sr的样品（Li0.36La0.55TiO3）的结果进行比较。分析表明掺Sr的样品物相为立方相，晶格参数也有所增大,相对于没掺 Sr的样品体电导率略有提高,在室温20℃下，为σ=1.15×10-3（S·cm-1）。因此，Sr元素的掺杂可将物相在室温下稳定为立方相，增大晶格参数，扩大锂离子的传输瓶颈，进而增大样品的体电导率。
　　以样品Li0.30La0.57TiO3为例，对其进行微观形貌表征、电学性能测量分析，探究LLTO的低晶界电导的物理本质。利用SEM和TEM，探究晶界处的微观形貌，表明没有杂质相的影响。用空间电荷层模型来解释低晶界电导的现象，计算出晶界核电势的大小、空间电荷层的厚度及样品中Li+在空间电荷层内的分布。

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1 绪论

1.1 课题背景

1.2 固态电解质的研究现状

1.3 Li3xLa2/3-xTiO3体系的研究现状

1.4 本课题的目的和内容

2 试验方法和仪器

2.1 固相合成法

2.2 材料表征

2.3 仪器设备

3 Li3xLa2/3-xTiO3陶瓷中锂离子浓度对性能的影响

3.1 实验准备

3.2 实验结果及讨论

3.3 本章小结

4 Sr掺杂对Li0.36SryLa0.55-2/3yTiO3陶瓷性能的影响

4.1 实验准备

4.2 实验结果及讨论

4.3 本章小结

5 Li3xLa2/3-xTiO3体系晶界电导的物理模型探究

5.1 实验过程

5.2 结果分析

5.3 本章小结

6 全文总结

致谢

参考文献