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(lái)源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(04)北大核心EICSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)
【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(jiàn),隨著B(niǎo)a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(cè)的元素范圍是Be(4)～U(92),故Li(3)元素分布無(wú)法檢測(cè))。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(cè)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(shuō)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(kāi)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(shuō)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(zhǎng),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(wú)機(jī)固體電解質(zhì)Li7La3Zr2O12的研究進(jìn)展[J]. 查文平,李君陽(yáng),陽(yáng)敦杰,沈強(qiáng),陳斐. 中國(guó)材料進(jìn)展. 2017(10)
[2]應(yīng)用于鋰離子電池的無(wú)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?chē)?guó)治. 硅酸鹽學(xué)報(bào). 2013(07)
本文編號(hào)：3264924
【文章來(lái)源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(04)北大核心EICSCD
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【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(jiàn),隨著B(niǎo)a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(cè)的元素范圍是Be(4)～U(92),故Li(3)元素分布無(wú)法檢測(cè))。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(cè)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(shuō)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(kāi)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(shuō)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(zhǎng),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(wú)機(jī)固體電解質(zhì)Li7La3Zr2O12的研究進(jìn)展[J]. 查文平,李君陽(yáng),陽(yáng)敦杰,沈強(qiáng),陳斐. 中國(guó)材料進(jìn)展. 2017(10)
[2]應(yīng)用于鋰離子電池的無(wú)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?chē)?guó)治. 硅酸鹽學(xué)報(bào). 2013(07)
本文編號(hào)：3264924
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