从无机固体电解质的结构来讲,可分为两大类,分别是硫化物体系和氧化物体系。前者研究方向主要为Li2S-P2S5体系,后者则包括NASICON(钠快离子导体)型,LISCON(锂快离子导体)型,钙钛矿型以及石榴石型固体电解质。

1.3.1 钠快离子导体(NASICON)型锂离子无机固体电解质

NASICON结构的化合物分子式为AM1M2P3O12。A可以是碱金属离子(Na+、Li+、Rb+、K+、Cs+)、碱土金属离子(Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+)、H+、NH4+、H3O+、Ag+、Cu2+、Cu+、Pb2+、Mn2+、Cd2+、Co2+、Zn2+、Ni2+、Al3+、Ln3+(Ln是稀土元素)、Zr4+、Ge4+、Hf4+或空位。M可以是二价离子(Cd2+、Zn2+、Co2+、Mn2+)、三价离子(Sc3+、Fe3+、Ti3+、Cr3+、V3+、AL3+、Ga3+、In3+、Ln3+、Y3+)、四价离子(Zr4+、Ti4+、Hf4+、Sn4+、Ge4+、Si4+)、以及五价离子(Nb5+、V5+、Ta5+、As5+、Sb5+)具有多样的掺杂取代。300℃附近这类电解质具有与已知最高的离子导体具有相接近的电导率[9]。NASICON结构的化合物通常是六方相,组份变化还会有单斜、三斜以及四方等结构。钠快离子导体会以四面体与八面体构成骨架,形成具有三维结构的间隙,而这些间隙则会构成三维通道,位于间隙内的钠离子会沿着三维通道传导,这就是这类电解质电导率高的原因所在。锂离子的迁移与扩散在这三维通道里进行,然而锂离子在该传输通道内迁移过程中存在离子迁移和骨架收缩的协同运动,仅当传输通道和离子半径匹配达到一定程度时,才会利于离子迁移.这也说明此类电解质在使用过程中对使用环境要求较高[10]。文献综述

1.3.2 锂快离子导体(LISICON)型锂离子无机固体电解质

Lithium super ionic conductor简称LISICON,由MIT的Hong博士于1978年首次报道提出,其代表物质是Li14Zn(GeO4)4。在300℃时该锂离子电导率为0.125 S/cm,而在常温条件下仅为10-7 S/cm,目前冯守华等人已经实现在100℃以下使其锂离子电导率达到0.13 S/cm,他们在微波加热下合成Li2+2xZn1-xGeO4,当x=0.75时就能实现。它的结构如图1.9所示,作为LISICON结构代表物的Li14Zn(GeO4)4是通过在Li4GeO4里掺杂异价元素得到具有高电导率的物质,Li14Zn(GeO4)4具有γ-Li3PO4结构,[Li11Zn(GeO4)4]3-是三维的阴离子骨架,其支撑了整个Li14Zn(GeO4)4结构,骨架之外有3个Li+在间隙的位置,在与ab平面有夹角的区域是Li+的传输通道,其尺寸足够迁移,以及Li-O键被弱化,促使Li+更容易迁移扩散到网络结构。Kanno等提出了Thio-LISICON结构,仅用S2-替代LISICON中的O2-,还是γ-Li3PO4结构,只是S2-的半径大、极化大,在使传输通道大的同时又减小对Li+的束缚,故Thio-LISICON确实提高了电导率。由于Li14Zn(GeO4)4在室温下的电导率特别低,还有金属锂与该材料接触不稳定,以及其Li2O含量较高,对CO2和水分较敏感,故其应用受到了极大的限制[11-12]

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