空位浓度和载流子Li+浓度之比会影响钙钛矿结构导锂陶瓷的离子电导率
空位浓度和载流子Li+浓度之比也影响钙钛矿结构导锂陶瓷的离子电导率,多数情况下离子电导率随锂含量的变化成圆弧形曲线(先升高后降低)。Orrantia等研究了A13/、Sr2+掺杂的固溶体LLTO,发现体系的电导率均在A位置的空位占8%时出现最大值。可见要通过掺杂提高钙钛矿型锂陶瓷电解质的离子电导率,应尽量满足传输瓶颈与Li+半径大小相匹配、Li+与骨架离子键合力弱、空位浓度与Li+浓度的比例适中三个条件。(3)LISICON型锂陶瓷电解质最早的LISICON(1ithiumsuperionicconductor)化合物是由美国麻省理工学院的Hong博士所报道的Lil4Zn(Ge04),该化合物为Li2+2,Znl-,Ge04(-0.36<J<0.87)固溶体中的一员,也是该体系中电导率最高的,300~C下为0.125S/cm,但室温电导率仅有10-7S/cm。Li;4Zn(Ge04)‘结构中有一个坚固的三维阴离子骨架[LillZn(Ge04)q]3,其余3个Li+处于间隙位置,可迁移导电,Sebastian等研究发现其母体7-Li2ZnGe04中的所有Li+均参与骨架结构的形成,很难进行Li+/H+交换,而LISICONs(x=0.5和J=0.75)中非骨架位置的间隙Li+具有很好的离子交换性能。LISICONs中的Li+迁移可用液态亚晶格模型来解释,即把迁移离子所处的亚晶格视作液体或类液体状态,而在较宽的温度范围内非迁移离子(即骨架离子)维持原有晶格并为Li+的迁移提供传输通道,传输瓶颈必须满足Li+迁移所需的几何条件。如Lil4Zn(Ge04)q结构中的Zn2+被半径较小的M旷+取代后离子电导率明显下降,原因即是传输通道过小,不适合Li+迁移。
Lil,Zn(Ge04)d的高温离子电导率较高,但其热稳定性不好,300~C以上即迅速分解并沉积出Li4Ge04,从而限制了这类材料在高温环境下的应用,组成位于J=0.45~0.55时,样品几乎在所有的固相温度范围内稳定,但在退火处理时离子电导率显著降低,且该过程不可逆(即老化效应)。此外,这类材料的室温离子电导率低,与金属锂直接接触时化学稳定性差,且对COz、水气敏感,无疑限制了其作为全固体锂电池电解质的应用,因此目前对它们的研究不是很多。