全固態(tài)鋰離子電池中固態(tài)電解質(zhì)的合成和離子電導(dǎo)率研究

傳統(tǒng)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(yīng)用最廣泛的選擇。然而，在使用液態(tài)電解質(zhì)作為電極之間的離子介質(zhì)時，液態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展受到其安全性的限制。因此，引入了全固態(tài)電池。

提出了用Li6Hf2O7作為一種新型的固態(tài)電解質(zhì)，其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，圖1結(jié)構(gòu)中空位置的存在和結(jié)構(gòu)中間隙位置的可用性表明，可以通過改變鋰離子的化學(xué)計量數(shù)來改變材料的離子電導(dǎo)率，從而產(chǎn)生固態(tài)電解質(zhì)。已經(jīng)有研究表明，當(dāng)陰極材料為LixCoO2，固態(tài)電解質(zhì)為 LiMgPO4和低電壓電極材料為LiVO2時，中間介質(zhì)鋰離子確定了材料的超離子導(dǎo)電性。因此，在Li6Hf2O7結(jié)構(gòu)中采用選擇性摻雜技術(shù)（即通過使用Y3+和In3+增加晶體結(jié)構(gòu)中的鋰離子數(shù)量）引入鋰離子，以增加材料中鋰離子的電導(dǎo)率。

另外，通過一種節(jié)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(jié)構(gòu)中。利用X射線衍射法發(fā)現(xiàn)，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(dǎo)電率用阻抗光譜學(xué)研究顯示，對于同樣的離子導(dǎo)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(tài)電解質(zhì)材料更加有利，而且也說明在相對簡單的晶體結(jié)構(gòu)中能夠產(chǎn)生用于固態(tài)電解質(zhì)的新材料。

圖1 Li6Hf2O7材料的晶體結(jié)構(gòu)

刊名：Journal of The Electrochemical Society（英）

刊期：2016年第164期作者：M.Amores

編譯：杜桂枝