固态锂离子导电陶瓷LATP 的制备和修饰袁国辉* （哈尔滨工业大学化工学院，黑龙江，哈尔滨，150001, E-mail:ygh@hit.edu.cn ） 自Tarascon 和Armand [1]对锂电池的发展进行了历史性的回顾，认为制备和开发具有高离子电导率的固体膜作为电解质，将导致新型的锂电池设计和应用以来，用于锂及锂离子电池的无机固体电解质得到了迅速的发展。其中基于LiTi 2(PO 4)3 (LTP)结构，类似于NASICON-型结构的陶瓷离子导体居于最有希望的基于氧化物的固体锂离子导体之列。Aono 等[2]报道了组成为 Li 1.3Al 0.3Ti 1.7(PO 4)3 (简称LATP)的材料获得了0.7mS/cm 的电导率。并发现通过掺杂锂氧化物等[3]能够改善LTP 的电导率。Thokchom 和Kumar [4,5]的研究也表明LATP 是比较有前途的锂离子导电材料。本研究采用稀土元素Y 和Gd 部分代替Al ，对LATP 进行改性，制备Li 1+x+y Al x M y Ti 2-y-x (PO 4)3 ，其中M=Y 、Gd ，x+y=0.275，x=0.150，y=0.125。以期得到Li +电导率达到10-3 S/cm 数量级的全固态陶瓷电解质材料。按上述设计配比称取原材料并置于研磨罐中，采用球磨装置利用机械化学法将原材料充分混合。在1050°C 条件下煅烧，然后将得到的粉料压片，最后在1100°C 条件下烧结，得到固态陶瓷试片。将上述制得的试片两侧涂上导电银浆，连接银丝，加热固化后构成测试用对称电池。表1所示为LATP 及采用Y 和Gd 部Li 1.275Al 0.15Gd 0.125Ti 1.725(PO 4)3分代替Al 改性制得的全固态陶瓷电解质样品在不同温度下的电导率测试结果。采用电化学阻抗技术进行测量。可以看出，电导率全部达到10-3 S/cm 数量级，且采用Y 和Gd 部分代替Al 改性制得的全固态陶瓷电解质样品的电导率，在较低温度下高于未取代样品。表1. 不同温度下全固态陶瓷电解质LATP 的电导率Table1. Conductivity of Solid Ionically Conducting Ceramic LATP at different Temperature电导率 (mS/cm)样品50ºC 75ºC 100ºC 125ºC 150ºCLi 1.275Al 0.275Ti 1.725(PO 4)3 2.05 2.50 3.29 4.11 4.69 Li 1.275Al 0.15Y 0.125Ti 1.725(PO 4)32.903.484.97 6.96 8.70 Li 1.275Al 0.15Gd 0.125Ti 1.725(PO 4)3 2.42 2.82 3.07 3.10 3.38图1所示为三种样品的XRD 衍射图。可以看出，采用Y 和Gd 部分代替Al 后，其XRD 谱图没有发现明显的改变。三种样品的XRD 结果与Thokchom 和Kumar [5]报道的样品一致。 102030405060LAGTP LAYTP LATP I n t e n s i t y (a .u .)2theta 图1.陶瓷电解质样品的 XRD 谱图Fig.1 XRD patterns of Solid Ionically Conducting ceramics图2所示为Li 1.275Al 0.15Gd 0.125Ti 1.725(PO 4)3的SEM 测试结果，其中(a)为放大1000倍的图像，(b) 1
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