Small Methods:Mg掺杂LiZr2 (PO4)3固态电解质的离子传导机制及界面研究

固态电解质是一种能提供高锂离子电导率、宽电化学窗口、高安全性的锂离子导体,可用于金属锂电池体系,提高下一代锂电池安全性及能量密度。一直以来,对于固态电解质体相、界面传输特性的深入理解是固体电解质在锂电池应用领域的重要课题,也是提高金属锂电池电化学性能的必要前提。NASICON型LiZr2 (PO4)3固态电解质以其优越的空气稳定性、结构稳定性等特征收到广泛关注。通过合理调节掺杂元素价态、掺杂量,可显著提高LiZr2 (PO4)3固态电解质室温高传导菱方相稳定性、锂离子电导率。

美国德州大学奥斯汀分校的Goodenough教授团队对NASICON型固态电解质进行了Mg2+掺杂,制备并研究了Li1+2xMgxZr2-x(PO4)3 (0.05 ≤ x ≤0.15)固态电解质的体相、界面传输特性。他们采用固态核磁技术(solid-state NMR)对Li1.2Mg0.1Zr1.9(PO4)3 (LMZP) 固态电解质体相锂离子扩散传输机理进行了深入的分析,通过7Li T1弛豫时间测试确认了NASICON结构中85%的可移动锂离子具有高的迁移率,验证了掺杂对相稳定以及可迁移位点上锂离子浓度的调控作用。同时通过TOF–SIMS发现该LMZP与金属锂接触界面形成了锂离子传导的界面相,锂离子在界面处仍保持较高的迁移率,这也是LMZP能成功在全固态Li/LiFePO4电池中稳定工作的主要机理之一。相关论文在线发表在Small Methods上。

相关工作得到了美国DOE、Robert A. Welch与佛罗里达国家科学基金的支助,周琼宇副教授同时感谢佛山大学对其在美国德州大学奥斯汀分校访学支助。