喷雾蒸发法制备Al和Ta掺杂锆酸镧锂固态电解质工艺研究

煤炭转化
网络首发时间：2024-12-11 09:55:58

作者

高鹏沈宇帆张扬张海刘青
单位

清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室清华大学能源与动力工程系清华大学山西清洁能源研究院
摘要

采用喷雾蒸发法制备石榴石型固态电解质锆酸镧锂Li7La3Zr2O12（LLZO），并经过煅烧-烧结得到固态电解质片。喷雾蒸发法合成LLZO具有达到分子级别混合、不会产生大量废水、容易调控合成条件等优势。LLZO常见的高锂离子电导率掺杂相包括Al掺杂LLZO(Li6.1La3Zr2Al0.3O12，Al-LLZO)和Ta掺杂LLZO(Li6.4La3Zr2Ta0.6O12，Ta-LLZO)。然而，喷雾蒸发法所用的前驱液绝大多数情况下是溶液，因此合成Ta-LLZO存在一定困难，目前还没有用喷雾蒸发法合成Ta-LLZO的相关报道。本文提出了配置含有固态Ta2O5颗粒的悬浊液作为前驱液，进而用喷雾蒸发法合成Ta-LLZO的办法。采用了扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、电化学阻抗谱分析（EIS）等表征测试技术，研究了Al掺杂和Ta掺杂对蒸发粉末的形貌、对煅烧粉末的形貌和晶体结构以及对最终固态电解质片形貌、晶体结构和电导率的影响规律。结果表明：对于Al掺杂，在高蒸发温度、高浓度前驱液合成条件下，蒸发粉末容易形成球壳结构，反之容易形成实心结构；对于Ta掺杂，固态Ta2O5颗粒的存在使得蒸发粉末容易形成实心结构。Al掺杂的煅烧粉末里含有较多的LaAlO3杂质，而Ta掺杂的煅烧粉末里含有较多的La2Zr2O7杂质。最终，Al掺杂的电解质片的锂离子电导率为2.0×10-4 S/cm，Ta掺杂的电解质片的锂离子电导率为2.7×10-4 S/cm。
关键词

Al-LLZO Ta-LLZO 喷雾蒸发法形貌锂离子电导率
文章目录

0 引言
1 实验部分
1.1 实验材料
1.2 实验流程
1.2.1 喷雾蒸发
1.2.2 煅烧
1.2.3 烧结
1.3 表征方法
2 结果与讨论
2.1 掺Al和掺Ta样品喷雾蒸发粉末形貌对比
2.2 掺Al和掺Ta样品煅烧粉末形貌与晶相对比
2.3 掺Al和掺Ta样品电解质片形貌、晶相与电导率对比
2.4 讨论
3 结论
引用格式

高鹏,沈宇帆,张扬,等.喷雾蒸发法制备Al和Ta掺杂锆酸镧锂固态电解质工艺研究[J/OL].煤炭转化,1-10[2024-12-11].http://kns.cnki.net/kcms/detail/14.1163.TQ.20241210.1442.002.html.