锌掺杂Li_7La_3Zr_2O_(12)固体电解质材料的制备及电化学性能研究

摘要

石榴石型结构的Li_7La_3Zr_2O_(12)(LLZO)因具有较高的离子电导率及与金属锂具有电化学稳定性成为锂离子电池固体电解质材料的选择之一。但是在面向应用上,LLZO材料的锂离子电导率仍存在提升的空间。文章采用固相反应法以Li_2CO_3、La_2O_3、Zr O_2、ZnO为原料合成出Li_(7-2x)Znx La_3Zr_2O_(12)(Zn-LLZO;x=0、0.01、0.03、0.05)粉体,经压制成形后在1230℃下烧结5 h。采用XRD,SEM,EIS等对烧结体的组成性能等进行测试分析。考察了Zn掺杂量对Li_7La_3Zr_2O_(12)烧结体微观组织和总电导率的影响。结果表明,随着Zn掺杂量增加,Zn-LLZO烧结体样品的孔隙率减少,致密度逐渐提高。当Zn掺杂量x=0.03时,Zn-LLZO样品的总电导率随Zn掺杂量的增加而逐渐提高。当Zn掺杂量进一步增加到x=0.05时,总电导率开始下降。在x=0.03时,Zn-LLZO样品的总电导率达到最大值,1.14×10~(-4 )S cm~(-1),电导活化能为0.27 e V。初步试验结果表明,Zn掺杂有利于制备高致密度和高电导率的Zn-LLZO固体电解质材料。