目前商业化的锂离子二次电池普遍使用含有有机溶剂的液态电解液,具有一定的腐蚀性,能与电极材料发生副反应,生成CEI膜缩短了电池的寿命。产生的HF等气体腐蚀电池导致安全性能下降。而无机固体电解质锂离子导体不含有机溶剂,在较高温度下能够安全运行,化学与电化学性能稳定,因此其代替易燃、不稳定的有机电解液,可使锂离子电池具有更好的安全性能。 目前,科研工作者热门研究的固体电解质有LISICON、NASICON、石榴石型固体电解质、钙钛矿型/反钙钛矿型固体电解质等。钙钛矿型锂离子固体电解质具有很高的容许度,烧结性能优异,工艺简单易合成,可工业化,是一种有应用前景的固体电解质材料,所以本论文选取钙钛矿型锂离子固体电解质为对象进行研究。 ABO₃钙钛矿型锂离子导体的锂离子是通过A位空位来进行传导,因此可以通过增加A位的空位浓度和锂离子浓度来提高锂离子的电导率。本论文以Li_3/8Sr_7/16Nb_3/4Zr_1/4O₃为基体材料,通过对Sr²⁺位掺杂La³⁺元素提高锂离子空位,进而提高锂离子的电导率。论文研究取得如下成果: 1.实验采用高温固相法成功制备了Li_3/8Sr_7/16-3x/2La_xZr_1/4Nb_3/4O₃(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20)固体电解质,探索了烧结温度、烧结时间对材料合成的影响,获得合适的烧结工艺条件。 2.XRD分析得出,Li_3/8Sr_7/16Nb_3/4Zr_1/4O₃试样的合适烧结温度为1250℃,掺杂量x=0.05,0.10,0.15的适宜烧结温度为1275℃,烧结时间为15小时。 3.通过测量交流阻抗谱及计算分析,得到Li_3/8Sr_7/16Nb_3/4Zr_1/4O₃材料在17^oC~140℃时,电导率为1.00×10^-5S˙cm^-1~3.03×10^-4S˙cm^-1,电子电导率为7.2×10^-10S˙cm^-1,相对密度为93%。 4.掺杂量x=0.05时,在17℃~140℃时,电导率为1.85×10^-5S˙cm^-1 ~5.00×10^-4S˙cm^-1,电子电导率为6.8×10^-10S˙cm^-1;相对密度为93%;x=0.10时电导率为6.67×10^-6S˙cm^-1~1.54×10^-4S˙cm^-1,电子电导率为8.3×10^-10S˙cm^-1,相对密度为91%;x=0.15时,电导率为1.00×10^-6S˙cm^-1~ 5.00×10^-5S˙cm^-1,电子电导率为5.73×10^-8S˙cm^-1,相对密度为81%。 5.研究结果发现,随着温度的升高离子电导率不断增加,随着掺杂量的增加,离子电导率先增大后减小,最佳掺杂量为x=0.05,30℃时,电导率为3.33×10^-5S˙cm^-1,是掺杂前电导率的2.3倍。