全固态锂离子电池中固态电解质的合成和离子电导率研究

2017-12-02

汽车文摘 2017年10期

传统的锂离子电池有着非常高的能量密度，这使其成为移动便携式应用最广泛的选择。然而，在使用液态电解质作为电极之间的离子介质时，液态电解质的发展受到其安全性的限制。因此，引入了全固态电池。

提出了用Li6Hf2O7作为一种新型的固态电解质，其结构如图1所示。Li+与 5个O2+成角锥状，Hf4+以氧化物的形式成八边形，锂离子形成一对链状结构，图1结构中空位置的存在和结构中间隙位置的可用性表明，可以通过改变锂离子的化学计量数来改变材料的离子电导率，从而产生固态电解质。已经有研究表明，当阴极材料为LixCoO2，固态电解质为 LiMgPO4和低电压电极材料为LiVO2时，中间介质锂离子确定了材料的超离子导电性。因此，在Li6Hf2O7结构中采用选择性掺杂技术（即通过使用Y3+和In3+增加晶体结构中的锂离子数量）引入锂离子，以增加材料中锂离子的电导率。

另外，通过一种节能的微波辅助合成方法证明了Li6Hf2O7的成功合成及其表征。用于X射线衍射的粉末随着掺杂剂进入晶体结构中。利用X射线衍射法发现，对于Li6+xHf2-xInxO7掺杂剂的溶解上限为x(In)=0.15，对于Li6+xHf2-xYxO7掺杂剂的溶解上限为x(Y)=0.10。对材料的离子导电率用阻抗光谱学研究显示，对于同样的离子导电率，不含有掺杂剂材料的能量为0.97eV，而含有0.15In掺杂剂材料的能量降为0.62eV，含有0.10Y掺杂剂材料的能量降为0.42eV。这种低价值的材料比其它的固态电解质材料更加有利，而且也说明在相对简单的晶体结构中能够产生用于固态电解质的新材料。