通過一步水熱合成法制備了具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鋰鑭鈦氧(Li_0.33La_0.56TiO₃,LLTO)粉體材料。研究了溶劑環(huán)境和反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物物相與晶粒粒徑的調(diào)控機(jī)制。結(jié)果表明,以4 mol/L氫氧化鉀（KOH）水溶液作為溶劑,以260℃作為反應(yīng)溫度,得到的最終產(chǎn)物為理想鈣鈦礦結(jié)構(gòu),晶粒平均尺寸為568 nm且分布較為均勻。利用粉末中子衍射的方法研究了上述產(chǎn)物在高溫下的物相穩(wěn)定性。結(jié)果表明,LLTO粉體材料在室溫至600℃溫度范圍內(nèi),保持鈣鈦礦結(jié)構(gòu)不變,晶胞參數(shù)增大,樣品壓片后鋰離子電導(dǎo)率為3.1×10^-5 S/cm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,一步水熱合成方法可以有效合成具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的LLTO粉體材料,在高溫全固態(tài)鋰電池領(lǐng)域具備較高的應(yīng)用潛力。 

【文章來源】：電子元件與材料. 2020,39(07)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

制備過程示意圖

圖2為水熱合成反應(yīng)路徑。LiNO3溶解在堿性溶劑中,為合成LLTO的反應(yīng)提供Li+。Ti(C4H9O)4在堿性溶劑中水解形成Ti—O八面體結(jié)構(gòu)[17]。La(NO3)3·6H2O與堿性溶劑反應(yīng)形成La(OH)3,并均勻沉淀。上述前驅(qū)體溶液在充分混合后,放置于密閉的反應(yīng)釜中。隨著反應(yīng)溫度上升,溶劑逐漸達(dá)到臨界狀態(tài),在釜內(nèi)形成高溫高壓的環(huán)境,為形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)LLTO晶體的反應(yīng)提供了熱力學(xué)條件。在高溫高壓下,La(OH)3溶解度增加產(chǎn)生La3+。La3+與Li+共同進(jìn)入Ti—O八面體結(jié)構(gòu)中,形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)LLTO材料。2.1 溶劑對(duì)物相的影響

結(jié)果顯示,當(dāng)反應(yīng)前驅(qū)體溶解在乙二胺中時(shí),最終產(chǎn)物主要為非晶態(tài)物質(zhì)。因?yàn)榉磻?yīng)前驅(qū)體粉末溶解在乙二胺溶液中時(shí),會(huì)形成La(OH)3沉淀。雖然La(OH)3在高溫高壓環(huán)境下溶解度增加,但是乙二胺對(duì)其有較強(qiáng)的螯合作用,導(dǎo)致其反應(yīng)活性不足,反應(yīng)過程中La+較難進(jìn)入Ti—O八面體結(jié)構(gòu)并最終生成LLTO晶體。同時(shí),乙二胺較強(qiáng)的螯合作用,也易與溶液中的部分Ti形成二齒絡(luò)合物,會(huì)抑制最終產(chǎn)物結(jié)晶[18]。因此產(chǎn)物物相主要為非晶相。為降低乙二胺螯合作用對(duì)最終產(chǎn)物物相的影響,將乙二胺與水以體積比1∶1混合組成乙二胺水合溶劑。水的加入有利于La(OH)3在高溫高壓下提供更多的可參與反應(yīng)的自由La3+,并抑制Ti的二齒絡(luò)合物生成,有利于圖2(b)所示的合成反應(yīng)進(jìn)行[18]。但是,反應(yīng)體系內(nèi)La3+與Li+反應(yīng)活性依然存在較大差距,能夠有效進(jìn)入Ti—O正八面體結(jié)構(gòu)的La3+仍然相對(duì)較少,致使結(jié)晶產(chǎn)物的物相主要為TiO2(PDF#76-1937)與LiTi2O4(LTO,PDF#86-0631)等組成的混合物,而不是期望獲得的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的LLTO化合物。因此,將溶劑更換為與反應(yīng)前驅(qū)體沒有螯合作用的KOH水溶液。在高溫高壓環(huán)境下,La(OH)3逐漸溶解產(chǎn)生La3+,La3+與Li+同時(shí)進(jìn)入Ti—O八面體結(jié)構(gòu),產(chǎn)物主要為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的LLTO(PDF#54-1238)�？梢钥吹�,利用KOH水溶液作為溶劑,得到的主要產(chǎn)物XRD圖譜,峰位置與目標(biāo)產(chǎn)物非常接近。因此,最終選擇KOH水溶液作為實(shí)驗(yàn)溶劑。


本文編號(hào)：3137295