鋰離子快導(dǎo)體的制備、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用性能研究.pdf

1、本論文主要圍繞NASICON型鋰離子快導(dǎo)體材料進(jìn)行展開，研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分：溶膠凝膠法合成NASICON型鋰離子快導(dǎo)體的性能研究；LiTi2(PO4)3的第一性原理計(jì)算；Li1+xAlxTi2-x(PO4)3的第一性原理計(jì)算。
　　采用檸檬酸輔助聚合溶膠凝膠法制備出一系列的NASICON型鋰離子快導(dǎo)體材料Li1.2+xAlxMg0.1Ti1.9-x(PO4)3(x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)，并對該系列材料進(jìn)行

2、相關(guān)的表征測試，主要包括XRD測試，F(xiàn)T-IR測試以及掃描電鏡(SEM)等測試。采用交流阻抗法和多電流階躍技術(shù)對材料進(jìn)行電導(dǎo)率測試，結(jié)果表明，當(dāng)x=0.2時(shí)材料的性能最好，電導(dǎo)率為3.29×10-5S/cm（523K）。然后通過PSC測試對該系列樣品進(jìn)行Li+擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的研究，計(jì)算的結(jié)果表明。在室溫下材料Li1.2+xAlxMg0.1Ti1.9-x(PO4)3(x=0.2)的擴(kuò)散系數(shù)最大，計(jì)算出的數(shù)值為3.87×10-9cm2·s-1，

3、其晶粒內(nèi)部電導(dǎo)率為1.31×10-4S/cm。
　　近些年來，第一性原理在鋰離子電池領(lǐng)域的理論研究取得了不少的成功，尤其是電極材料方面，但是在固體電解質(zhì)材料上的應(yīng)用卻極少見。因此，我們通過第一性原理計(jì)算對鋰離子快導(dǎo)體材料展開相關(guān)理論研究。
　　初步研究了LiTi2(PO4)3材料的電子結(jié)構(gòu)以及Li+的擴(kuò)散機(jī)制；構(gòu)建一個(gè)LiTi2(PO4)3晶胞，通過密度泛函理論進(jìn)行電子結(jié)構(gòu)計(jì)算，并采用彈性能帶法模擬晶胞中鋰離子的擴(kuò)散行為。并

4、對其幾何結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度以及Li+的擴(kuò)散機(jī)制進(jìn)行了分析。研究表明，優(yōu)化過后的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的幾乎是一致的；從能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度圖可知LiTi2(PO4)3的能隙值大約為2.4eV，說明該材料為半導(dǎo)體；其中，鋰離子借助M2空位在LiTi2(PO4)3中能快速遷移，計(jì)算擴(kuò)散勢壘為0.40eV。
　　進(jìn)一步探究了Li1+xAlxTi2-x(PO4)3（x=0.05）材料中Al3+摻雜對體系的影響。構(gòu)建一個(gè)2×2×1的超胞