Балқытылған флюс әдісімен синтезделген NASICON типті LATP қатты электролиттерінің литий мөлшеріне тәуелді иондық өткізгіштігі


Қаралымдар: 1 / PDF жүктеулері: 0

Авторлар

DOI:

https://doi.org/10.32523/3107-278X-2026-156-3-51-65

Кілт сөздер:

литий-ионды аккумуляторлар, радиожиілікті магнетронды шашырау, қыздыру, электрохимиялық көрсеткіштер

Аңдатпа

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

Download data is not yet available.

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

2026-10-01

Журналдың саны

Бөлім

Химия

Similar Articles

<< < 1 2 3 4 

You may also start an advanced similarity search for this article.