Ba、Ga共摻雜對(duì)石榴石型固態(tài)電解質(zhì)Li 7 La 3 Zr 2 O 12 顯微組織及電導(dǎo)率的影響
發(fā)布時(shí)間：2021-07-04 14:03
采用固相法合成了Ba與Ga共摻雜的Li7La3Zr2O12（LLZO）石榴石型固態(tài)電解質(zhì)粉末,再結(jié)合常壓燒結(jié)制備了Ba、Ga共摻雜LLZO樣品。采用X射線衍射、掃描電鏡、能譜分析和交流阻抗法對(duì)樣品的物相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、成分分布及電導(dǎo)率進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,在燒結(jié)溫度1 100℃下得到了立方相的LLZO固態(tài)電解質(zhì)。當(dāng)Ga的含量在LLZO化學(xué)式中為0.15,Ba摻雜量從0增加至0.15(Ga0.15Bax-Li6.55+xLa3-xZr2O12,x=0～0.15)時(shí),LLZO樣品的平均晶粒尺寸從14μm下降到4μm,30℃時(shí)晶界電導(dǎo)率由1.54×10-5S·cm-1提升到2.22×10-4S·cm-1。Ba作為一種燒結(jié)劑,改善了材料的燒結(jié)性能,降低了材料的平均晶粒尺寸,使晶粒與晶粒連接得...
【文章來源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(04)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
樣品斷面的SEM圖
圖4是Ga0.15Bax-Li6.55+xLa3-xZr2O12(x=0、0.05、0.1、0.15)樣品的晶粒尺寸分布圖,當(dāng)Ba摻雜量為0時(shí),樣品晶粒尺寸主要分布在6～35 μm,如圖4a所示;當(dāng)Ba的摻雜量提高到0.05時(shí),樣品晶粒尺寸主要分布在7～14 μm,如圖4b所示;當(dāng)Ba摻雜量提高到0.1時(shí),樣品晶粒尺寸主要分布在9～12 μm,如圖4c所示;當(dāng)Ba摻雜量提高到0.15時(shí),樣品晶粒尺寸主要分布在2～8 μm,如圖4d所示。樣品的平均晶粒尺寸從14 μm下降到4 μm。由此可見,隨著Ba摻雜量的提高,樣品的晶粒尺寸逐漸下降。圖5是Ga0.15Ba0.15-Li6.7La2.85Zr2O12陶瓷樣品斷面某一大晶粒的EDS面掃描分析圖(因?yàn)槟茏V分析儀探測的元素范圍是Be(4)～U(92),故Li(3)元素分布無法檢測)。從圖5中可以看出,Ba、Ga、La、Zr、O元素分布較為均勻,而左下部分出現(xiàn)元素分布較少的原因是該晶粒左下部分的晶面與能譜分析儀探測頭夾角較大,導(dǎo)致此區(qū)域反饋信號(hào)難以被接收器接收,故此區(qū)域元素分布的反饋信號(hào)微弱,從而使得左下部分的元素分布信息不能準(zhǔn)確顯示。
Ga0.15-Li6.55La3Zr2O12的Nyquist圖中晶粒響應(yīng)半圓弧半徑遠(yuǎn)小于晶界響應(yīng)半圓弧,說明此時(shí)樣品的晶界阻抗較大。當(dāng)Ba元素?fù)饺隚a0.15-Li6.55La3Zr2O12材料后,Ga0.15Ba0.05-Li6.6-La2.95Zr2O12樣品的Nyquist圖中代表晶界電阻的半圓弧半徑開始減小,當(dāng)Ba摻雜量提高到0.1和0.15時(shí),代表晶界阻抗的半圓弧半徑明顯減小,可知摻雜Ba元素能夠提高LLZO材料的晶界電導(dǎo)。Ba的摻雜量從0增加至0.15,晶界電導(dǎo)率從1.54×10-5 S·cm-1提高至2.22×10-4 S·cm-1。結(jié)合Ga0.15-Bax-Li6.55+xLa3-xZr2O12(x=0、0.05、0.1、0.15)陶瓷斷面的微觀形貌變化,即隨Ba摻雜量提高,晶粒與晶粒的邊界越緊密,最后出現(xiàn)晶粒與晶粒融合,說明Ba元素作為一種燒結(jié)劑能夠改善材料的燒結(jié)性能,使晶粒連接更緊密,同時(shí)影響晶粒的生長,降低晶粒尺寸,從而有效地降低材料的晶界阻抗,提高材料整體的電導(dǎo)率�？偠灾�,摻雜Ba元素能夠有效提高Ga-LLZO固態(tài)電解質(zhì)的晶粒電導(dǎo)率和晶界電導(dǎo)率。相比Ga元素單摻雜的Ga0.15-Li6.55La3Zr2O12樣品,Ba、Ga元素共摻雜樣品的總電導(dǎo)率提高了20倍。圖6 Ga0.15Bax-Li6.55+xLa3-xZr2O12(x=0、0.05、0.1、0.15)陶瓷在30 ℃的Nyquist圖
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]無機(jī)固體電解質(zhì)Li7La3Zr2O12的研究進(jìn)展[J]. 查文平,李君陽,陽敦杰,沈強(qiáng),陳斐. 中國材料進(jìn)展. 2017(10)
[2]應(yīng)用于鋰離子電池的無機(jī)晶態(tài)固體電解質(zhì)導(dǎo)電性能研究進(jìn)展[J]. 李楊,連芳,周國治. 硅酸鹽學(xué)報(bào). 2013(07)
本文編號(hào)：3264924
【文章來源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(04)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
樣品斷面的SEM圖
圖4是Ga0.15Bax-Li6.55+xLa3-xZr2O12(x=0、0.05、0.1、0.15)樣品的晶粒尺寸分布圖,當(dāng)Ba摻雜量為0時(shí),樣品晶粒尺寸主要分布在6～35 μm,如圖4a所示;當(dāng)Ba的摻雜量提高到0.05時(shí),樣品晶粒尺寸主要分布在7～14 μm,如圖4b所示;當(dāng)Ba摻雜量提高到0.1時(shí),樣品晶粒尺寸主要分布在9～12 μm,如圖4c所示;當(dāng)Ba摻雜量提高到0.15時(shí),樣品晶粒尺寸主要分布在2～8 μm,如圖4d所示。樣品的平均晶粒尺寸從14 μm下降到4 μm。由此可見,隨著Ba摻雜量的提高,樣品的晶粒尺寸逐漸下降。圖5是Ga0.15Ba0.15-Li6.7La2.85Zr2O12陶瓷樣品斷面某一大晶粒的EDS面掃描分析圖(因?yàn)槟茏V分析儀探測的元素范圍是Be(4)～U(92),故Li(3)元素分布無法檢測)。從圖5中可以看出,Ba、Ga、La、Zr、O元素分布較為均勻,而左下部分出現(xiàn)元素分布較少的原因是該晶粒左下部分的晶面與能譜分析儀探測頭夾角較大,導(dǎo)致此區(qū)域反饋信號(hào)難以被接收器接收,故此區(qū)域元素分布的反饋信號(hào)微弱,從而使得左下部分的元素分布信息不能準(zhǔn)確顯示。
Ga0.15-Li6.55La3Zr2O12的Nyquist圖中晶粒響應(yīng)半圓弧半徑遠(yuǎn)小于晶界響應(yīng)半圓弧,說明此時(shí)樣品的晶界阻抗較大。當(dāng)Ba元素?fù)饺隚a0.15-Li6.55La3Zr2O12材料后,Ga0.15Ba0.05-Li6.6-La2.95Zr2O12樣品的Nyquist圖中代表晶界電阻的半圓弧半徑開始減小,當(dāng)Ba摻雜量提高到0.1和0.15時(shí),代表晶界阻抗的半圓弧半徑明顯減小,可知摻雜Ba元素能夠提高LLZO材料的晶界電導(dǎo)。Ba的摻雜量從0增加至0.15,晶界電導(dǎo)率從1.54×10-5 S·cm-1提高至2.22×10-4 S·cm-1。結(jié)合Ga0.15-Bax-Li6.55+xLa3-xZr2O12(x=0、0.05、0.1、0.15)陶瓷斷面的微觀形貌變化,即隨Ba摻雜量提高,晶粒與晶粒的邊界越緊密,最后出現(xiàn)晶粒與晶粒融合,說明Ba元素作為一種燒結(jié)劑能夠改善材料的燒結(jié)性能,使晶粒連接更緊密,同時(shí)影響晶粒的生長,降低晶粒尺寸,從而有效地降低材料的晶界阻抗,提高材料整體的電導(dǎo)率�？偠灾�,摻雜Ba元素能夠有效提高Ga-LLZO固態(tài)電解質(zhì)的晶粒電導(dǎo)率和晶界電導(dǎo)率。相比Ga元素單摻雜的Ga0.15-Li6.55La3Zr2O12樣品,Ba、Ga元素共摻雜樣品的總電導(dǎo)率提高了20倍。圖6 Ga0.15Bax-Li6.55+xLa3-xZr2O12(x=0、0.05、0.1、0.15)陶瓷在30 ℃的Nyquist圖
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]無機(jī)固體電解質(zhì)Li7La3Zr2O12的研究進(jìn)展[J]. 查文平,李君陽,陽敦杰,沈強(qiáng),陳斐. 中國材料進(jìn)展. 2017(10)
[2]應(yīng)用于鋰離子電池的無機(jī)晶態(tài)固體電解質(zhì)導(dǎo)電性能研究進(jìn)展[J]. 李楊,連芳,周國治. 硅酸鹽學(xué)報(bào). 2013(07)
本文編號(hào)：3264924
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