不同離子取代對Li3Sc2(PO4)3化合物離子導電性能的影響.pdf

1、Li3Sc2(PO4)3是屬于鈉超離子導體(NASICON)結構的快離子導體，因內部存在三維的離子傳導通道導致其可能具有很好的離子導電性能。作為純固態(tài)電解質材料，Li3Sc2(PO4)3在空氣中具有良好的化學穩(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快離子導體離子導電性能成

2、為全固態(tài)鋰離子電池領域的研究熱點。
　　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，以改善其離子導電性。研究結果表明：隨著Al3+摻雜量的不斷增加，樣品的離子電導率呈拋物線規(guī)律變化，并在Al3+摻雜濃度為0.45時，樣品的室溫離子電導率達到最大值(σ298=1.04×10-3 S/m)，

3、同時相應的離子傳導激活能為42.45 kJ/mol。其次，利用LiBO2做助熔劑對上述樣品進行改性，結果表明：LiBO2的加入改善了樣品的燒結性能，但對材料的離子電導性能沒有明顯改善。27Al MAS-NMR測試結果表明：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等雜質相。燒結處理的結果表明：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、導率提高，相應的離子傳導激活能降低。當y=1.5時，樣品的室溫電導率最大(σ298=8.41×10-3 S/m)，同時相應的離子傳導激活能最小(Ea=39.65 kJ/mol)。這一電導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。電子電導率測試結果表明：y≤1.5的樣品電子電導率占總電導率的比率<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體。