全固態鋰離子電池中固態電解質的合成和離子電導率研究

全固態鋰離子電池中固態電解質的合成和離子電導率研究

傳統的鋰離子電池有著非常高的能量密度，這使其成為移動便攜式應用最廣泛的選擇。然而，在使用液態電解質作為電極之間的離子介質時，液態電解質的發展受到其安全性的限制。因此，引入了全固態電池。

提出了用Li6Hf2O7作為一種新型的固態電解質，其結構如圖1所示。Li+與 5個O2+成角錐狀，Hf4+以氧化物的形式成八邊形，鋰離子形成一對鏈狀結構，圖1結構中空位置的存在和結構中間隙位置的可用性表明，可以通過改變鋰離子的化學計量數來改變材料的離子電導率，從而產生固態電解質。已經有研究表明，當陰極材料為LixCoO2，固態電解質為 LiMgPO4和低電壓電極材料為LiVO2時，中間介質鋰離子確定了材料的超離子導電性。因此，在Li6Hf2O7結構中采用選擇性摻雜技術（即通過使用Y3+和In3+增加晶體結構中的鋰離子數量）引入鋰離子，以增加材料中鋰離子的電導率。

另外，通過一種節能的微波輔助合成方法證明了Li6Hf2O7的成功合成及其表征。用于X射線衍射的粉末隨著摻雜劑進入晶體結構中。利用X射線衍射法發現，對于Li6+xHf2-xInxO7摻雜劑的溶解上限為x(In)=0.15，對于Li6+xHf2-xYxO7摻雜劑的溶解上限為x(Y)=0.10。對材料的離子導電率用阻抗光譜學研究顯示，對于同樣的離子導電率，不含有摻雜劑材料的能量為0.97eV，而含有0.15In摻雜劑材料的能量降為0.62eV，含有0.10Y摻雜劑材料的能量降為0.42eV。這種低價值的材料比其它的固態電解質材料更加有利，而且也說明在相對簡單的晶體結構中能夠產生用于固態電解質的新材料。

圖1 Li6Hf2O7材料的晶體結構

刊名：Journal of The Electrochemical Society（英）

刊期：2016年第164期作者：M.Amores

編譯：杜桂枝