● 摘要
钙钛矿型Li3xLa2/3-xTiO3固体电解质是一种新型的高离子电导率材料，其晶粒室温电导率达到10-3 S/cm，而其电子电导率低于10-10 S/cm，被认为是非常有应用前景的固体电解质。然而它的晶界电导率仅有10-5 S/cm，无法达到应用的目的。如何改善晶界结构，提高晶界电导率成为钙钛矿型锂离子固体电解质研究工作的重点。现有理论和实验研究表明第二相效应是实现晶界电导率突破的重要途径。本论文的研究内容主要是关于Li0.5La0.5TiO3（LLTO）基无机固体复合电解质的的制备、结构、性能及机理的研究。即分别以固相法和溶胶凝胶法合成具有钙钛矿结构的固体电解质LLTO；并以合成的LLTO为母体，与一定体积比例的第二相进行复合，成功制备了具有高离子电导率的复合电解质。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学工作站等手段对这些复合固体电解质的晶相、结构和电性能进行了研究。研究发现，固相法和溶胶凝胶法均能合成粒度均一、性能稳定且具有钙钛矿结构的固体电解质LLTO。两种方法相比，固相法合成方法稳定，工艺较成熟，溶胶凝胶法合成的粉体颗粒较小，成本较低，并且工艺简单，煅烧温度低。通过对复合电解质电性能的研究发现，复合体系、复合量、复合工艺以及烧结条件对复合固体电解质的电导率有很重要的影响。LLTO复合高介电BaTiO3后，可提高晶粒电导率；LLTO复合非活性MgO或Al2O3后，电导率降低；LLTO复合非活性SiO2或LiBO2后可提高晶界电导率，其中，LLTO/3vol%LiBO2、LLTO/15vol% SiO2复合电解质的晶界电导率分别为纯样晶界电导率的1.5倍、2.4倍。