Балқытылған флюс әдісімен синтезделген NASICON типті LATP қатты электролиттерінің литий мөлшеріне тәуелді иондық өткізгіштігі
Қаралымдар: 1 / PDF жүктеулері: 0
DOI:
https://doi.org/10.32523/3107-278X-2026-156-3-51-65Кілт сөздер:
литий-ионды аккумуляторлар, радиожиілікті магнетронды шашырау, қыздыру, электрохимиялық көрсеткіштерАңдатпа
Бұл мақалада әртүрлі литий мөлшеріне ие литий алюминий титан фосфатының (LATP) қатты электролиттерінің құрылымдық және электрохимиялық қасиеттеріне салыстырмалы талдау жүргізілді LATP (Li1.3-1.5AlxTi2-x(PO4)3). NASICON құрылымды LATP поликристалдары балқытылған флюс әдісі арқылы синтезделді. Синтез процесі LiNO3, Al2O3, TiO2, NH4H2PO4 және CO(NH2)2 прекурсорларын араластыруды, кейін 170°C, 500°C және 800°C температураларда кезең-кезеңімен қыздыруды, престеуді және соңғы 800°C температурада 4 сағат бойы күйдіруді қамтыды.
Рентгендік дифракциялық талдау негізгі LATP кристалдық фазасының түзілгенін растады. Сонымен қатар, литий концентрациясының артуы Li4P2O7, AlPO4, және TiP2O7 секілді қосымша фазалардың пайда болуына әкеліп, иондық өткізгіштікке әсер ететіні анықталды. Электрохимиялық импеданстық спектроскопия нәтижелері бойынша LATP (Li1.4) үлгісі жоғары құрылымдық тығыздық пен оңтайлы фазалық құрамның арқасында Li1.3 және Li1.5 үлгілерімен салыстырғанда ең жоғары иондық өткізгіштікке ие болды (25°C-та 1.66-1.85 × 10-4 S/cm).
Температуралық тәуелділік талдауы температураның жоғарылауы литий иондарының қозғалғыштығын арттыратынын көрсетті, бұл ион тасымалының термиялық белсендірілген табиғатын дәлелдейді. Осылайша, Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3 құрамы қатты күйлі литий батареяларына арналған қатты электролит ретінде ең перспективалы қасиеттерді көрсетті.
Downloads
Әдебиеттер тізімі
Waetzig, K., Rost, A., Heubner, C., Coeler, M., Nikolowski, K., Wolter, M., & Schilm, J. (2020). Synthesis and sintering of Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP) electrolyte for ceramics with improved Li+ conductivity. Journal of Alloys and Compounds, 818, 153237. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153237
Zhang, B., Tan, R., Yang, L., Zheng, J., Zhang, K., Mo, S., & Pan, F. (2018). Mechanisms and properties of ion-transport in inorganic solid electrolytes. Energy Storage Materials, 10, 139–159. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2017.10.015
Liu, Y., Sun, Q., Zhao, Y., Wang, B., Kaghazchi, P., Adair, K. R., & Sun, X. (2018). Stabilizing the interface of NASICON solid electrolyte against Li metal with atomic layer deposition. ACS Applied Materials & Interfaces, 10(37), 31240–31248. https://doi.org/10.1021/acsami.8b10924
Yang, Z., Yuan, H., Zhou, C., Wu, Y., Tang, W., Sang, S., & Liu, H. (2020). Facile interfacial adhesion enabled LATP-based solid-state lithium metal battery. Chemical Engineering Journal, 392, 123650. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123650
Zhu, X. B., Zhao, T. S., Wei, Z. H., Tan, P., & Zhao, G. (2015). A novel solid-state Li–O2 battery with an integrated electrolyte and cathode structure. Energy & Environmental Science, 8(9), 2782–2790. https://doi.org/10.1039/C5EE01353G
Zhang, X., Butenko, D., Gao, L., Ye, X., Hong, B., Han, S., & Zhu, J. (2023). Synergistic ion diffusion in lithium titanium phosphate conductors: a tale from solo to ensemble. Chemistry of Materials, 35(11), 4541–4548. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.3c00479
Moustafa, M. G., Sanad, M. M. S., & Hassaan, M. Y. (2020). NASICON-type lithium iron germanium phosphate glass ceramic nanocomposites as anode materials for lithium ion batteries. Journal of Alloys and Compounds, 845, 156338. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156338
Wolfenstine, J., Allen, J. L., Sakamoto, J., Siegel, D. J., & Choe, H. (2018). Mechanical behavior of Li-ion-conducting crystalline oxide-based solid electrolytes: a brief review. Ionics, 24(5), 1271–1276. https://doi.org/10.1007/s11581-017-2374-2
Bachman, J. C., Muy, S., Grimaud, A., Chang, H. H., Pour, N., Lux, S. F., Paschos, O., Maglia, F., Lupart, S., Lamp, P., & Shao-Horn, Y. (2016). Inorganic solid-state electrolytes for lithium batteries: Mechanisms and properties governing ion conduction. Chemical Reviews, 116(1), 140–162. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00563
Randau, S., Weber, D. A., Kötz, O., Koerver, R., Braun, P., Weber, A., Ivers-Tiffée, E., & Janek, J. (2020). Benchmarking the performance of all-solid-state lithium batteries. Nature Energy, 5(3), 259–270. https://doi.org/10.1038/s41560-020-0565-1
Reddy, M. V., Julien, C. M., Mauger, A., Zaghib, K., & Chowdari, B. V. R. (2020). Sulfide and oxide inorganic solid electrolytes for all-solid-state Li batteries: A review. Nanomaterials, 10(8), 1606. https://doi.org/10.3390/nano10081606
Zhang, Z., Shao, Y., Lotsch, B., Hu, Y. S., Li, H., Janek, J., Nazar, L. F., Nan, C. W., Maier, J., Armand, M., & Chen, L. (2018). New horizons for inorganic solid state ion conductors. Energy & Environmental Science, 11(8), 1945–1976. https://doi.org/10.1039/C8EE01053F
Wu, P., Zhou, W., Su, X., Li, J., Su, M., Zhou, X., & Lu, W. (2023). Recent advances in conduction mechanisms, synthesis methods, and improvement strategies for Li1+xAlxTi2−x(PO4)3 solid electrolyte for all‐solid‐state lithium batteries. Advanced Energy Materials, 13(4), 2203440. https://doi.org/10.1002/aenm.202203440
Xiao, W., Wang, J., Fan, L., Zhang, J., & Li, X. (2019). Recent advances in Li1+xAlxTi2−x(PO4)3 solid-state electrolyte for safe lithium batteries. Energy Storage Materials, 19, 379–400. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2018.10.008
Lovett, A. J., Kursumovic, A., & MacManus-Driscoll, J. L. (2024). Lithium loss in vacuum deposited thin films. ACS Energy Letters, 9(4), 1753–1758. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c00315
Nuernberg, R. B., Landry, A. K., Le Cras, F., & Le Cras, B. P. (2024). Enhancing ionic conductivity of LiSiPON thin films electrolytes: Overcoming synthesis challenges related to Li-migration in the precursor target. Solid State Ionics, 418, 116723. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2024.116723
Tolganbek, N., Yerkinbekova, Y., Khairullin, A., Bakenov, Z., Kanamura, K., & Mentbayeva, A. (2021). Enhancing purity and ionic conductivity of NASICON-typed Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 solid electrolyte. Ceramics International, 47(13), 18188–18195. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.03.104
Mashekova, A., Baltash, Y., Yegamkulov, M., Trussov, I., Bakenov, Z., & Mukanova, A. (2022). Polycationic doping of the LATP ceramic electrolyte for Li-ion batteries. RSC Advances, 12(46), 29595–29601. https://doi.org/10.1039/D2RA04924A
Baltash, Y., Mashekova, A., Yegamkulov, M., Trussov, I., Bakenov, Z., & Mukanova, A. (2023). Silicon doping of LATP via molten flux method. Ionics, 29(7), 2647–2655. https://doi.org/10.1007/s11581-023-05032-4
DeWees, R., & Wang, H. (2019). Synthesis and properties of NaSICON-type LATP and LAGP solid electrolytes. ChemSusChem, 12(16), 3713–3725. https://doi.org/10.1002/cssc.201900725
Arbi, K., Rojo, J. M., & Sanz, J. (2007). Lithium mobility in titanium based Nasicon Li1+xTi2−xAlx(PO4)3 and LiTi2−xZrx(PO4)3 materials followed by NMR and impedance spectroscopy. Journal of the European Ceramic Society, 27(13–15), 4215–4218. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2007.02.092
Liu, J., Liu, T., Pu, Y., Guan, M., Tang, Z., Ding, F., & Li, Y. (2017). Facile synthesis of NASICON-type Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 solid electrolyte and its application for enhanced cyclic performance in lithium ion batteries through the introduction of an artificial Li3PO4 SEI layer. RSC Advances, 7(74), 46545–46552. https://doi.org/10.1039/C7RA08659A
Ma, Q., Xu, Q., Tsai, C. L., Tietz, F., & Guillon, O. (2016). A Novel Sol-Gel Method for Large‐Scale Production of Nanopowders: Preparation of Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3 as an Example. Journal of the American Ceramic Society, 99(2), 410–414. https://doi.org/10.1111/jace.13930
Yang, K., Chen, L., Ma, J., He, Y. B., & Kang, F. (2021). Progress and perspective of Li1+xAlxTi2−x(PO4)3 ceramic electrolyte in lithium batteries. InfoMat, 3(11), 1195–1217. https://doi.org/10.1002/inf2.122
Öksüzoğlu, F., Ateş, Ş., Özkendir, O. M., Çelik, G., Eker, Y. R., & Baveghar, H. (2024). Structure and ionic conductivity of NASICON-type LATP solid electrolyte synthesized by the solid-state method. Ceramics International, 50(17), 31435–31441. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.05.214
Xiao, W., Li, J., Miao, C., Xin, Y., Nie, S., Liu, C., & He, M. (2023). Engineering and regulating the interfacial stability between Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3-based solid electrolytes and lithium metal anodes for solid-state lithium batteries. Journal of Colloid and Interface Science, 652, 1447–1455. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.08.083
Жүктеулер
Жарияланды
Журналдың саны
Бөлім
Лицензия
Авторлық құқық (c) 2026 Ayazhan Bekmakhanova, Ayazhan Bekmakhanova (Автор)
Бұл жұмыс Creative Commons Attribution-Коммерциялық емес 4.0 халықаралық лицензиясы.
