固態(tài)電解質(zhì)鋰鑭鋯氧(Li7La3Zr2O12)制備及第一性原理研究

王鎮(zhèn)江，蓋琪欣，王云婷，姜興濤，梁興華,2

(1.廣西科技大學(xué) 廣西汽車零部件與整車技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 柳州 545006； 2.廣東省新材料研究所， 廣州 510006)

1 引 言

傳統(tǒng)鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、汽車等領(lǐng)域[1,2]，但由于其液態(tài)電解質(zhì)含有可燃有機(jī)物易發(fā)生爆炸、燃燒等電池安全事故，給人們?nèi)粘Ｉ顜碇T多安全隱患[3,4]. 固態(tài)鋰離子電池不可燃、不腐蝕、不揮發(fā)，具有高安全性的優(yōu)點(diǎn)，因此被視為下一代鋰離子電池[5-8]. 固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)鋰離子電池的核心部分，目前的固態(tài)電解質(zhì)主要有鋰超離子導(dǎo)體型(LISICON-like type)、鋰-硫銀鍺礦型(Li-Argyrodite type)、鈉超離子導(dǎo)體型(NASICON-like type)、鋰-氮型(Li-Nitride type)、鈣鈦礦型(Perovskite type)和鋰-鹵化物型(Li-Halide type)等類型[9]. 其中石榴石型LLZO具有高離子電導(dǎo)率，對鋰金屬和正極材料友好等優(yōu)點(diǎn)，被視為最有前景的固態(tài)電解質(zhì)材料之一[10-13].

關(guān)于LLZO的制備實(shí)驗(yàn)前人有諸多研究. 吳秋滿等[14]通過高溫固相法制備了三個(gè)不同煅燒溫度下的LLZO，實(shí)驗(yàn)表明950 ℃煅燒后的樣品離子電導(dǎo)率最高，達(dá)到1.94×10-6S·cm-1. 董大彰等[15]通過高溫固相法合成了Ba、Ga共摻雜LLZO石榴石型固態(tài)電解質(zhì)粉末，實(shí)驗(yàn)得出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，Ba、Ga共摻雜極大地提高了LLZO的電導(dǎo)率. 吳潤平等[16]通過高溫固相法合成了不同濃度Zn摻雜的Li7-2xZnxLa3Zr2O12(Zn-LLZO)，結(jié)果表明，當(dāng)x=0.03時(shí)，Zn-LLZO的電導(dǎo)率達(dá)到最大值1.14×10-4S·cm-1.

第一性原理在材料計(jì)算方面具有愈來愈重要的作用[17-19]. 前人有做諸多關(guān)于LLZO的計(jì)算研究. Santosh KC等[20]運(yùn)動密度泛函理論(DFT)研究了立方相c-LLZO的原子結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)，結(jié)果……