熔盐法制备掺杂Li7La3Zr2O12固体电解质的研究

作     者：戎威仁 

作者单位：上海应用技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘小珍

授予年度：2019年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：熔盐法 Li7La3Zr2O12 固体电解质 离子电导率 掺杂 

摘      要：石榴石结构锂离子固体电解质LiLaZrO(LLZO),有着较高的离子电导率、易制备、成本低、良好的稳定性和安全性等优点,但是电导率相较于液体电解质还需进一步提高。因此,如何提高其电导率成为的研究热点。本文采用熔盐法分别制备了LiAlLaZrWYO、LiAlLaBaZrYO、LiCuLaZrO(0.25≤x≤0.45)、LiCuLaZrWO(0≤y≤0.6)和LiCuLaYZrO(0≤z≤0.4)。并对制备产物进行交流阻抗、X射线衍射、扫描电镜和X射线荧光光谱等表征分析。研究了熔盐种类、预烧温度、烧结温度、熔盐量和埋粉量对产物电导率、晶体结构、显微结构、相对致密度和收缩率的影响。测试了LiCuLaZrO在空气中的稳定性。主要研究成果如下:1)制备LiAlLaZrWYO固体电解质较佳的工艺条件为:熔盐选用LiCO-Li OH,预烧温度850℃,烧结温度1140℃。在该条件下制备的固体电解质的室温离子电导率为3.31×10S·cm,相对致密度为91.4%,收缩率为6.8%。2)制备的LiCuLaZrO(0.25≤x≤0.45)固体电解质较佳的工艺条件为:x=0.35,熔盐为LiCO-Li OH,过量20wt%,预烧温度550℃,烧结温度1160℃,埋粉4g。在该条件下制备的固体电解质的离子电导率为5.61×10S·cm,立方相石榴石型结构,相对致密度为94.5%,激活能为0.27e V,收缩率为8.9%,Cu在LiCuLaZrO固体电解质中以Cu的形式存在。3)y=0.4时制备的LiCuLaZrWO固体电解质,其离子电导率为7.13×10S·cm,立方相石榴石型结构,相对致密度为95.9%,收缩率为10.6%。z=0.2时制备的LiCuLaYZrO固体电解质,其离子电导率为5.93×10S·cm,立方相石榴石结构,相对致密度为95.0%,收缩率为9.3%。4)LiCuLaZrO在空气中放置2周后电导率下降到4.83×10S·cm,无相变无杂质生成。放置3个月后电导率下降到8.97×10S·cm,无相变,出现LiCO。5)创新点:采用熔盐法降低了LiAlLaZrWYO预烧和烧结温度,降低了LiCuLaZrO预烧温度。Cu掺杂LiLaZrO、Cu和W共掺杂LiLaZrO以及Cu和Y共掺杂LiLaZrO固体电解质的研究均未见报道。