LiF-LiCl-B2O3系统非晶态快离子导体结构的研究

本文通过对¹¹B核磁共振(¹¹B-NMR)、红外光谱等实验方法,研究了LiF-LiCl-B₂O₃三元系统玻璃的结构和离子导电性,着重于F^-离子在玻璃网络中所起的作用,以及F^-,Cl^-和Li⁺离子对导电率的影响。LiF-LiCl-B₂O₃三元系统玻璃,随LiF含量的增加,B由三角体向四面体变化,从而F^-离子进入网络,使玻璃结构由[B₂O₃]三角体层状结构向三维空间延展,形成了含有[BO₃F]基团的三维空间网络,Cl^-离子以游离的离子存在于网络中,起着松散网络的作用,对提高电导率有利,而Li⁺离子作为传导离子,对电导率的贡献是主要的。本系统玻璃的电导率是随LiF,LiCl含量的增加而增大,在300℃时测得电导率σ=6.12×10^-4Ω^-1·cm^-1。 关键词：     

LiX-Li_2O-P_2O_5系统玻璃的红外和拉曼光谱研究

本文系统地研究了Li_2O-P_2O_5二元系统和LiX(X=F,Cl,Br)-Li_2O-P_2O_5三元系统玻璃的红外和拉曼光谱,讨论了LiX对玻璃结构的影响。当m(Li_2O/P_2O_5摩尔比)较小(m=0.8—1.2)且LiCl含量较低时,LiCl具有与Li_2O一样的断桥氧作用,Cl~-进入网络结构,生成含Cl~-的磷酸盐基团;m及LiCl含量增大时,游离存在的LiCl增多;m大于某值(～1.5)时,LiCl主要以游离形式存在。在上述m范围内,LiF也和Li_2O一样起断桥氧作用,F~-进入网络结构,生成含F~-的磷酸盐基团;LiBr则以游离形式存在。     

Li_2O-(LiCl)_2-B_2O_3-Al_2O_3系统玻璃的Raman光谱研究

我们用Raman光谱研究了Li_2O(LiCl)_2 B_2O_3-Al_2O_3系玻璃的结构,着重研究了Al_2O_3的影响。对于Li_2O-B_2O_3系玻璃,Li_2O含量增加使玻璃中存在的BO_3三角体转变为BO_4四面体,并形成含BO_4四面体较多的硼酸盐基团;当Li_2O含量达到35mol%左右,开始出现含非桥氧的偏硼酸盐基团。以Al_2O_3置换B_2O_3,在有足够Li_2O的情况下,引入的Al~(3+)以四配位形式存在,形成的AlO_4四面体取代玻璃中BO_4的四面体;但当Al_2O_3/Li_2O接近或大于1时,部分Al~(3+)不再以四配位形式存在。实验还表明,Raman光谱主要决定了形成玻璃网络的O/B/Al之比,LiCl引入玻璃中处于被网络离解的状态。这些结果可以解释玻璃的离子电导率随组成的变化。     

非晶态锂离子导体B_2O_3-0.7Li_2O-0.7LiCl-xAl_2O_3-0.1V_2O_5的电学性质和电子自旋共振研究

对两种非晶态B_2O_3-0.7Li_2O-0.7LiCl-xAl_2O_3-0.1V_2O_5(x=0.05和0.15),用差热分析、电导率测量、X射线衍射和电子自旋共振进行研究,发现:1)V_2O_5不仅作非晶网络形成剂,而且改变了晶化过程;2)对B_2O_3-Li_2O-LiCl-Al_2O_3-V_2O_5玻璃,与P_2O_5-Li_2O-LiCl-Al_2O_3玻璃类似,粉末压片的离子电导率比60目粉末大26倍,而整片非晶的离子电导率又比粉末压片大近二个数量级,而且激活能明显减小,更适合离子传输;3)添加少于3.9mol%的V_2O_5,对非晶态锂离子导体B_2O_3-0.7Li_2O-0.7LiCl-xAl_2O_3,未引起电子电导率显著增大,又可应用电子自旋共振(ESR)技术研究其微观结构和电子运动状态。     

Li_2O-(LiCl)_2-B_2O_3-Al_2O_3系玻璃的红外光谱

本工作系统地测量和分析了Li_O-(LiCl)_2-B_2O_3-Al_2O_3系玻璃的红外光谱,据此研究了玻璃中硼的配位数和硼酸盐结构基团随组成的变化以及Al~(3+)和Cl~-离子在结构中所起的作用,并对光谱中某些吸收峰机理作了定性探讨。     

AlF_3-K_2NbOF_5系统非晶态材料离子导体的结构与电性能

本文研究了AlF_3-K_2NbOF_5系列玻璃导电性。通过对AlF_3-K_2NbOF_5系列玻璃的Raman光谱研究,初步确认了玻璃的结构。根据结构随组成的变化情况,进一步讨论了玻璃的电导率。 AlF_3-K_2NbOF_5二元系玻璃,当AlF_3的含量在21—29mol％范围内时,Al~(3+),Nb~(5+)以八面体的结构形式存在,玻璃电导率随AlF_3含量的增加,出现极大值。当AlF_3的含量增大到29mol％时,玻璃中除有Al~(3+),Nb~(5+)的八面体结构外,还有Al~(3+)四面体结构存在,此时玻璃的电导率降低。我们认为Al~(3+)四面体结构的出现有可能堵塞了玻璃中可动离子的迁移通道,致使玻璃的电导率降低。本系列玻璃的电导率在194℃时,σ=1.045×10~(-2Q~(-1))·cm~(-1)。     

含分散第二相混合导体Li1＋xV3O8（x=0.1）的磁共振研究

本文研究了含分散第二相混合导体Li_1 x~(V_3O_8)(x=0.1 )体系的电性能和磁共振现象.经AC测定:表明室温下含6mol％α-Al_2O_3样品的总电导率是不含第二相样品的4-6倍.由ESR和NMR定性、定量分析确定分散第二相微粒的加入,增加了样品的电子浓度,加快了样品中电子和离子的跃迁频率,降低了样品中Li~ 离子迁移激活能,总电导率增加.室温下,总电导率的增量主要取决于Li~ 离子电导率的贡献,电子电导率也有一定影响.     

非晶态Li~ 导体分相和晶化过程中的相界效应

非晶态Li~ 导体B_2O_3-0.7Li_2O-0.7LiCl-0.1Al_2O_3在等温处理过程中,其电导率先随时间升高,出现峰值后下降,随后出现两个平台。这是由于材料的分相和晶化所致。本文据相界效应观点,认为不同相之间界面附近有一高电导率层,它对电导率的贡献补偿和超过了由于分相和晶化的体效应所引起的电导率下降。由此,对这种材料的电导率随时间变化曲线给出了解释。     

Li~+掺杂对SrLu_2O_4∶Ho~(3+)/Yb~(3+)荧光粉上转换发光性能的影响

采用高温固相反应法制备了一系列Li~+掺杂的SrLu_2O_4∶Ho~(3+)/Yb~(3+)荧光粉。Li~+掺杂并没有改变样品原有的斜方晶系结构,Li~+离子能够以替代掺杂和间隙掺杂的方式进入主晶格。适当的Li~+掺杂可以改善样品的团聚现象,颗粒粒径约为3μm。Li~+的引入还可减少高声子能量杂质基团(OH~-,CO_3~(2-)),从而减少荧光猝灭中心,增强发光。在980nm激光照射下,样品发出强烈的绿光和很弱的红光,分别归因于Ho~(3+)的~5F_4,~5S_2→~5I_8和~5F_5→~5I_8跃迁。与SrLu_2O_4∶Ho~(3+)/Yb~(3+)样品相比,Li~+的掺杂使得上转换发光强度明显增强,其原因是Li~+可以修饰Ho~(3+)周围局域晶体场的对称性。与其他碱金属离子掺杂相比,Li~+半径最小、电负性最强,导致发光强度增强最多。抽运依赖分析结果表明,绿光与红光发射均为双光子过程。     

Li_(1+x)Ge_(2-x)Al_xP_3O_(12)系统的相关系和电导

本文研究了Li_(1+x)Ge_(2-x)Al_xP_3O_(12)系统的相组成和电导的关系。发现用LiGe_2P_3O_(12)作为基体化合物,通过离子置换可以得到好的锂离子导体。用Al~(3+)置换LiGe_2P_3O_(12)中的Ge~(4+),在00.6时出现未知相,用少量Al~(3+)取代Ge~(4+)后电导率即突增,在固溶体范围内电导率随x值的增大而继续升高。x=0.5时达极大值。Li_(1.5)Ge_(1.5)Al_(0.5)P_3O_(12)在室温、300℃和450℃的电导率分别为3.5×10~(+5),1×10~(-2)和3.1×10~(-2)S cm~(-1),电导活化能为0.33eV,电子迁移数在10~(-5)数量级。     

Li_2O-(LiCl)_2-B_2O_3-Al_2O_3系统玻璃的声学性质

本工作测量了Li_2O-(LiCl)_2-B_2O_3-Al_2O_3系统玻璃的密度、超声速,计算了玻璃的绝热压缩系数,从声学性质分析了玻璃骨架结构随组成的变化,为研究玻璃的离子导电性提供了方法和分析的依据。     

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.     

Li_2O-P_20_5O-V_2O_5系统非晶材料电学性质与磁共振研究

本文对Li_2O-P_2O_5-V_2O_5系统非晶态中的几组试样进行了电导率、核磁共振及顺磁共振测试。实验分析表明非晶态的log(σΤ)-1/Τ曲线都是由两个直线段构成。电导率在转变温度以后的“晶化前期”异常增大,这归因于该阶段非晶态结构有序化程度增加所致,利用ESR实验结果对非晶态进行钒离子价态分析表明,该系统非晶态中钒离子仅以V~(4+)和V~(5+)状态存在。固定P_2O_5/V_2O_5摩尔比,当Li_2O含量增加时,试样~7Li-NMR线宽不断窄化,V~(4+)-ESR线宽也不断变窄,这说明非晶材料离子电导不断增加而电子电导不断下降。总电导率开始随Li_2O含量增加而减小,但Li_2O含量增到30mol％以后电导率反而增大。文中从结构角度探讨了该非晶态材料的电导机理。     

锂硼钒酸盐玻璃的~(11)B核磁共振研究

用~(11)B连续波核磁共振谱研究了锂硼钒酸盐玻璃的结构,测量了BO_4,BO_(3s)和BO_(3A)各结构单元的比例。实验表明,锂硼钒酸盐玻璃中N_4的最大值近似为一常数,与V_2O_5的含量无关。Li_2O被V_2O_5和B_2O_3分享。并推测V_2O_5与B_2O_3可能结合生成(BV_(4.5)基团。     

等温热处理过程中一种非晶态Li~+导体电导行为的研究

本文在玻璃转变温度以下,采用交流伏安法连续自动观测了非晶态Li~+导体B_2O_3-0.7Li_2O-0.7 LiCl-0.1 Al_2O_3在等温热处理条件下的电导行为。结果表明:材料的电导率先随时间升高,出现峰值后单调下降,并含有两个平台部分。与此相配合的DSC与XRD研究证实:形成电导率峰值的基本原因是由于发生了非晶态相分离,而电导率曲线下降部分的平台则是由于非晶态的晶化。最后,从相界效应对这些结果作了初步分析。     

Li_4SiO_4-Li_3VO_4赝二元系和Li_4GeO_4-Li_4SiO_4-Li_3VO_4赝三元系中新的锂离子导体

本文在室温到300℃的温度范围内研究了Li_4SiO_4-Li_3VO_4和Li_4GeO_4-Li_4SiO_4-Li_3VO_4体系中的离子导电性,发现γ_(II)相固溶体Li_(3 x)V_(1-x)Si_xO_4是好的锂离子导体。所研究的成分中Li_(3.3)V_(0.7)Si_(0.3)O_4的离子电导率最高,室温下为1×10~(-5)Q~(-1)·cm~(-1),在42—192℃的电导激活能为0.36eV,电子电导率可以忽略,因而这是迄今所发现的最好的锂离子导体之一。粗略确定了Li_4GeO_4-Li_4SiO_4-Li_3VO_4三元系中电导率高的范围,发现在Li_(3.5)V_(0.5)Ge_(0.5)O_4中Si部分取代Ge可以使电导率进一步提高,Li_(3.5)V_(0.5)Ge_(0.4)Si_(0.1)O_4的室温电导率可达1.3×10~(-5)Q~(-1)·cm~(-1),电导激活能为0.40eV。     

固态电解质锂镧锆氧(Li_7La_3Zr_2O_(12))制备及第一性原理研究

固态电解质(SSE)是锂离子电池(LIB)的关键材料.Li_7La_3Zr_2O_(12)(LLZO)固体电解质是全固态锂离子电池开发中的关键部分.采用高温固相法制备了不同烧结温度后的四方Li_7La_3Zr_2O_(12)(t-LLZO)和立方Li_7La_3Zr_2O_(12)(c-LLZO),分析了两种样品的结构性能.800℃下烧结12小时的t-LLZO呈四方相,晶格尺寸为a=b=13.13064?,c=12.66024?,离子电导率为3.42×10~(-8)S·cm~(-1);1000℃下烧结12小时的c-LLZO呈立方相,晶格尺寸为a=b=c=13.03544?,离子电导率为8.48×10~(-5)S·cm~(-1).另基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了四方相和立方相的LLZO固体电解质材料的能带结构、晶格参数、态密度和键布居.通过理论计算解释了四方相LLZO离子电导率低于立方相LLZO的原因.     

Li_3VO_4-Li_4TO_4(T=Ge,Si)固溶体离子导体~7Li的NMR研究

在150—573K温度范围内,研究了固溶体Li_3VO_4-Li_4TO_4(T=Ge,Si)系统不同成分的~7Li的NMR谱。发现γ_(II)相固溶体室温~7Li的NMR线宽和自旋晶格弛豫时间T_1的值都比Li_4GeO_4,Li_4SiO_4和Li_3VO_4小约一个数量级。这表明在γ_(II)相固溶体离子导体中,Li~+离子运动有可能比固溶前有数量级增长。同时还发现~7Li的电四极分裂伴线数随成分和温度而异,以及伴线强度百分比依赖于温度。这反映γ_(II)相的不同成分中,间隙Li~+离子占有的不等价位置个数不同,而Li~+离子在每个不等价位置上的占有率又随温度而变化。     

分散第二相γ-Al_2O_3对β-Li_2SO_4离子导电性的影响

本文研究了分散第二相γ-Al_2O_3对β-Li_2SO_4离子导电性的影响。β-Li_2SO_4(γ-Al_2O_3)的电导率随γ-Al_2O_3含量的增加而提高,到γ-Al_2O_3为50mol％时达到极大。当温度为253℃时,β-Li_2SO_4(50mol％γ-Al_2O_3)的电导率比纯β-Li_2SO_4增加约四个数量级。γ-Al_2O_3使α-Li_2SO_4的电导率降低。在相对湿度为70—80％条件下制备的β-Li_2SO_4(γ-Al_2O_3)的电导率随γ-Al_2O_3含量增加而单调上升。~7Li核磁共振吸收谱的叠加小峰也随γ-Al_2O_3含量的增加而趋于明显。结果表明这是由于γ-Al_2O_3表面吸附水的影响。实验还表明,淬火对β-Li_2SO_4(30mol％γ-Al_2O_3)样品的电导率有显著影响。160℃时淬火样品的电导率比未淬火样品高两个数量级。     

Na_2O-Al_2O_3-P_2O_5系统玻璃的喇曼光谱研究

本文利用喇曼光谱研究了作为组成函数的Na_2O-Al_2O_3-P_2O_5系统玻璃的结构.发现在含直到10mol%Al_2O_3的酸性玻璃中,几乎所有的铝都处六配位,玻璃的网络主要由(PO_3)_n~(n-)链及环构成;当玻璃组成处Na_2O/P_2O_5≥1和5≤Al_2O_3≤20mol%时,形成AlO_4四面体和各种磷酸盐基因;然而,当Al_2O_3含量超过25mol%及Al_2O_3/P_2O_5≥0.63时,玻璃网络主要由AlPO_4基因构成,与Na_2O/P_2O_5比无关.