共沉淀法制备固体电解质Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3

采用共沉淀法制备Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)粉体材料,分析压片成型压力、反应物添加顺序、钛源和pH值等条件对LATP材料的烧结性能、晶体结构和离子导电性能的影响。在实验条件下,相对最佳压力为(200±20)MPa;以正丙醇钛为钛源,pH值为9时,晶粒离子电导率达到1.97×10-3 S/cm;测试不同温度下,LATP的总离子电导率,活化能为0.38eV。

Li_2Mg_2Si_4O_(10)F_2、H_2Mn_8O_(16)·1.4H_2O和Li_(1.3)Ti_(1.7)Al_(0.3)(PO_4)_3在高浓度LiCl水溶液中的离子交换行为

研究了用功能材料Li_2Mg_2Si_4O_(10)F_2(LHT)、H_2Mn_8O_(16)·1.4H_2O(CRYMO)和Li_(1.3)Ti_(1.7)Al_(0.3)(PO_4)_3(LTAP)分别去除高浓度氯化锂水溶液中的杂质Fe^(3+)、K^+和Na^+.实验结果表明,这几种功能材料分别对溶液中的杂质Fe^(3+)、K^+和Na^+有很高的选择性,除杂效果明显.分析和研究了这几种功能材料在高浓度氯化锂水溶液中分别与Fe^(3+)、K^+和Na^+的交换行为.结果表明,在高浓度氯化锂溶液中这几种功能材料与杂质交换的动力学行为可近似用JMAK方程描述.

Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3基锂离子导电材料的制备与表征

采用以聚乙烯醇为聚合剂的湿化学法合成Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)锂离子导电材料,以Li4P2O7(LP)为助烧剂制备LATP-xLP(x=0,0.01,0.03,0.05,摩尔分数)锂离子导电固体电解质材料。利用X射线衍射、扫描电子显微镜和交流阻抗技术分别对材料的相组成、微观组织和离子导电性进行表征。通过分析材料晶体结构和交流阻抗特性,对材料的导电机理进行研究。结果表明:LATP粉体和LATP-xLP陶瓷具有菱方晶系结构,空间群为R3-c,该晶体结构具有三维离子导电通道;添加LP助烧剂使陶瓷的烧结温度降低了150℃、电导率得到了提高。交流、直流导电特性测量得出LATP-0.03LP的离子导电性占总导电性的99.5%。

溶胶-凝胶法合成超细锂快离子导体Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3粉体及其表征

以Ti(OC4H9)4、Li(CH3COO).2H2O、Al(NO3).9H2O和NH4H2PO4为原料,采用溶胶-凝胶法合成Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3粉体,并研究热处理温度对粉体结构的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学阻抗谱(EIS)对制备粉体的结构与性能进行表征。结果表明:溶胶凝胶法可合成纯相LATP粉体,降低热处理温度,且粉体结晶性良好,粒径小于1μm,室温下电导率为1.32×10-3 S/cm,673 K时电导率达到8.94×10-2 S/cm,473～673 K下活化能为31.55 kJ/mol。

锂离子固体电解质Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3的合成与表征

以固相法合成锂离子固体电解质Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(以下简称LATP)。研究了合成温度以及烧结时间对其离子电导率的影响。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和交流阻抗技术对合成材料的物相、形貌和离子导电性进行表征。结果表明:900℃条件下合成了纯相LATP,颗粒大小均匀,900℃下烧结4 h,得到的烧结片致密,离子电导率达3.07×10-4S/cm。

溶胶-凝胶、微波加热合成Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3粉体

以钛酸丁酯、硝酸锂、硝酸铝和磷酸为原料，采用溶胶-凝胶、微波加热的工艺合成了Li1.3Al0.3Ti1.7（PO4）3粉体，并研究了热处理温度对粉体结构的影响。用X射线衍射仪（XRD）、傅立叶变换红外光谱仪（Fr—IR）、扫描电镜（SEM）对制备的粉体进行了表征。结果表明：溶胶凝胶、微波加热工艺与固相合成工艺相比可以显著地降低热处理的温度，缩短保温时间；前躯体经700～900℃微波热处理30min后均可合成纯相的Li1.3Al0.3Ti1.7（PO4）3粉体，且结晶性良好，粉体的粒度为2～5μm。

Li_(1.3)Ti_(1.7)Al_(0.3)(PO_4)_3与Na^+的离子交换

锂离子传导材料Li1.3Ti1.7A l0.3(PO 4)3 是具有NASICON结构的功能材料,与Na+进行离子交换具有选择性高的特性.研究了在不同温度条件下NaCl和LiCl水溶液中Li1.3Ti1.7A l0.3(PO 4)3 上的Na/Li离子交换行为.实验结果表明,升高温度能显著提高Li1.3Ti1.7A l0.3(PO 4)3 的Na/Li交换反应速率,提高LiCl中杂质Na的分离效果.

固化剂对喷雾干燥-焙烧法制备快离子导体Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3的影响

采用喷雾干燥法合成Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3的前驱体,将所得前驱体在不同温度下焙烧得到锂离子固态电解质Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3,研究固化剂PEG-6000对合成过程的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG-DTA)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对合成样品进行表征。结果表明:喷雾干燥法得到的前驱体均为球型颗粒,粒度为2～5μm,添加固化剂的前驱体颗粒更细;固化剂降低前驱体合成纯相Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3的焙烧温度;无固化剂的前驱体在800℃下焙烧得到纯相Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3;添加固化剂的前驱体在700℃下得到纯相Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3。

固体电解质Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3烧结片的制备与表征

以固相法合成固体电解质Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)粉末。研究了烧结温度以及烧结时间对LATP离子电导率的影响。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和交流阻抗技术对材料粉末以及烧结片相组成、结构和离子导电性进行表征。结果表明,900℃条件下合成的粉末为纯相LATP,颗粒均匀,当LATP电解质基片在900℃下烧结4 h,得到的LATP烧结片表面致密光滑,而且离子电导率较高,为3.03×10-4S/cm。

Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3固态电解质的制备及表征

固态电池是未来电池技术发展方向之一,而固态电解质是研究固态电池的重点。采用溶胶凝胶法和固相法制备Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3(LATP)作为固态电解质。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、交流阻抗法对不同烧结工艺条件下的LATP玻璃-陶瓷粉的结构、形貌和电导率进行分析表征。结果表明,通过溶胶凝胶法和固相法合成的样品都具有钠离子快导体(NASICON)结构(空间结构群R-3C),结晶程度良好,粒径均匀,晶粒之间相连形成纳米多孔结构。固相法制备的样品呈现立方颗粒形态。溶胶凝胶法制备的样品电导率总体都高于固相法制备的样品。

Zr对Li_(1.3)Ti_(1.7)Al_(0.3)(PO_4)_3传导材料中Na/Li离子交换反应的影响

Li1.3Ti1.7Al0.3(PO4)3是具有Nasicon骨架的锂离子传导材料,其中的Li+很容易被溶液中的Na+置换。研究了在Li1.3Ti1.7Al0.3(PO4)3结构中掺入Zr来替代Ti,以提高Na/Li离子交换速度。结果表明:增加Zr元素比例可显著提高Li1.3Ti1.7-xZrxAl0.3(PO4)3材料中Na/Li离子交换反应速度。Li1.3Ti1.7-xZrxAl0.3(PO4)3材料中的Na/Li离子交换反应动力学过程可近似由JMAK方程描述。

磷酸钛铝锂基全固态金属锂电池界面稳定性研究

采用固体电解质代替具有可燃性的液态电解液可有效解决当今锂离子电池的安全问题。然而,固态电池中的电极/电解质的固-固接触通常具有较大的界面阻抗,从而导致电池极化增加。采用聚偏氟乙烯(PVDF)基固体电解质作为正负极界面缓冲层,可有效地解决固体电解质与电极的高界面阻抗问题,使正极界面单位面积阻抗从1 716Ω/cm^(2)降至213Ω/cm^(2)。在负极处,PVDF可提供良好的弹性支撑,使负极界面单位面积阻抗从1 135Ω/cm^(2)降至109Ω/cm^(2)。此外,金属锂对称电池的直流极化测试表明,经过PVDF修饰后负极界面稳定性显著提高。最后,组装的钴酸锂/金属锂软包电池,正负极界面均经PVDF修饰后,电池能量密度可达到336 W·h/kg。1C条件下循环300次后,容量保持率可从30.7%提升至83.3%。

LiMn_2O_4/Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3复合正极材料的制备及性能

采用高温固相法分别制备Li Mn_2O_4和Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(P O_4)_3材料,分别以质量比8∶2和6∶4不同比例复合做正极材料,利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)进行表征测试,恒流充放电、循环伏安法和电化学工作站研究其电化学性能,综合研究材料的性能。结果表明:质量比8∶2的样品颗粒分布比较均匀,边界清晰。通过电化学性能测试得出8∶2的样品首次冲放电效率可达到93.58%,纯的Li Mn_2O_4电极中样品的氧化还原峰更尖锐,电极反应速率快,氧化还原性能更好,纯的Li Mn_2O_4在0.1 C下循环50次后比容量保持率为90.3%。

无锂助熔剂B_2O_3对Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3固体电解质离子电导率的影响

采用固相法制备锂离子电池用固体电解质磷酸钛锂铝Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3(LATP),研究了不同烧结温度以及助熔剂对LATP固体电解质离子电导率的影响.采用X射线衍射、能谱分析、扫描电镜和交流阻抗等方法,研究样品的结构特征、元素含量、形貌特征以及离子导电性能.结果表明,在900?C烧结可以获得结构致密、离子电导率较高的纯相LATP陶瓷固体电解质.与添加助熔剂Li BO2的样品进行对比实验发现,采用B_2O_3代替LiBO_2作为助熔剂也可以提高烧结样品的离子电导率,并且电解质的离子电导率随助熔剂添加量的增大,先增大后减小,其中添加质量百分比为2%的B_2O_3的样品具有最高的室温离子电导率,为1.61×10^(-3)S/cm.

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4-Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3复合正极材料的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法制备尖晶石型高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4(LNMO),并利用高速球磨和高温煅烧的方法制备复合材料LiNi0.5Mn1.5O4-Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3。分别采用X射线衍射仪(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)对其物相、形貌进行表征,采用循环伏安(CV)、交流阻抗和充放电测试对电化学性能测试分析。结果表明:LNMO-LATP复合材料具有比LNMO更稳定的循环性能和更好的倍率性能,室温下在0.05C放电时,LNMO包覆20%(wt,质量分数,下同)LATP、LNMO包覆40%LATP和LNMO的首次放电容量分别为120mAh/g、78mAh/g和100mAh/g。LNMO包覆20%LATP显示出更好的倍率性能。

Thin-film lithium-ion battery derived from Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3 sintered pellet

Thin-film lithium-ion battery of LiMn2O4/Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3/LiMn2O4 was fabricated using Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 sintered pellet as both substrate and electrolyte. Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 sintered pellet was prepared by sol-gel technique, and the thin-film battery was heat-treated by rapid thermal annealing. Phase identification, morphology and electrochemical properties of the components and thin-film battery were investigated by X-ray diffractometry, scanning electron microscopy, electrochemical impedance spectroscopy and galvanostatic charge-discharge experiments. The results show that Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 possesses a electrochemical window of 2.4 V and an ionic conductivity of 1.2 ×10-4 S/cm. With Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 sintered pellet as both substrate and solid electrolyte, the fabricated thin-film battery with an open circuit voltage of 1.2V can be easily cycled.

锂离子导体包覆镍锰酸锂正极材料的制备及其电化学性能

采用原位包覆法制备表面包覆Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)的Li Ni0.5Mn1.5O4(LNMO),即LNMO@LATP正极材料。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及电化学测试等手段对其物相结构、表面形貌及电化学性能进行研究。结果表明:LATP以无定型态紧密包覆于Li Ni0.5Mn1.5O4的表面,包覆层厚度约为5 nm。由于LATP包覆层具有保护电极材料表面和提高锂离子导电的双重作用,减少了电极过程的副反应,降低了电化学极化,提供了更多的锂离子扩散通道,导致LNMO@LATP具有比LNMO更稳定的循环性能和更好的倍率性能,特别是在高温的情况下。室温下在0.2C放电时,LNMO@LATP和LNMO的首次放电容量分别为141.5和142.6m A·h/g,经80次循环后,二者放电容量保持率分别达到99.2%和98.0%;而在10.0C放电时,LNMO@LATP和LNMO的首次放电容量分别为93.5和70.6 m A·h/g,经80次循环后,二者放电容量保持率分别达到66.1%和49.5%。当循环温度提高到55℃时,LNMO@LATP和LNMO在0.2C循环80次后的放电容量保持率分别为95.5%和79.2%;而在10.0C放电循环80次后,放电容量保持率分别为88.0%和51.0%。

LATP-PEO复合电解质成膜及离子电导率特性

以纳米Li1.3Al0.3Ti1. 7(PO4)3(LATP)固体电解质为填料,聚氧化乙烯(PEO)为粘结剂,双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li TFSI)为添加剂,乙腈为溶剂,利用流延法制备LATP-PEO固体复合电解质薄膜;采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和交流阻抗(EIS)等方法,研究样品的结构特征、形貌特征以及离子导电性能;探讨PEO摩尔质量与含量对LATP-PEO复合电解质薄膜成膜特性的影响。结果表明:PEO摩尔质量为5 000 kg/mol,LATP与PEO质量比为1∶0. 43时,可以获得膜厚为25μm,颗粒分布均匀的柔性LATP-PEO; LATP-PEO离子电导率随温度增高而增大,25℃时为1. 36×10-5S/cm,100℃达到4. 60×10-4S/cm;温度在-20~60℃时,该薄膜离子活化能为4. 86 eV,温度在60~100℃时,离子活化能为0. 22 eV。

Li_(1.3)Ti_(1.7)Al_(0.3)(PO_4)_3,Na_(1.3)Ti_(1.7)Al_(0.3)(PO_4)_3的离子交换研究

研究了在不同温度下的NaNO3和AgNO3水溶液中Li1.3Ti1.7Al0.3(PO4)3和Na1.3Ti1.7Al0.3(PO4)3离子交换行为.实验表明Li1.3Ti1.7Al0.3(PO4)3和Na1.3Ti1.7Al0.3(PO4)3均显示出了高选择性与Na+和Ag+进行离子交换的特征,且对Ag+的选择性高于Na+.升高温度可显著提高Ag/Li和Ag/Na的交换反应速度.

凝胶电解质中间层引入和改善Li|LATP电解质界面研究

LATP(Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_(4))_(3))的NASICON型氧化物固态电解质,具有高锂离子电导率,且在空气中的化学稳定性方面优于其他固态电解质,并且其原材料价格低廉,因此受到广泛关注。然而,对锂金属的不稳定性和固|固界面接触问题限制了LATP的应用。本文中通过将凝胶电解质引入Li|LATP界面,这显著降低了界面电阻(对称电池电阻从3680Ω降低到450Ω),改善了界面的接触,对称电池能够在0.2 mA·cm^(-2)的电流密度下稳定循环600 h,并可以在0.3 mA·cm^(-2)的电流密度下稳定循环超过400 h。在固定时间(0.5 h)的变电流循环下能承受2 mA·cm^(-2)的电流密度。以LiFePO_(4)作为正极构筑的全固态全电池在0.1 mA·cm^(-2)的电流密度下循环,其初始放电比容量以及200次循环后的放电比容量分别为136.18 mAh·g^(-1)和125.48 mAh·g^(-1),容量保持率为92%。