基于第一性原理计算的Li7La3Zr2O12固态电解质的研究进展

Li₇La₃Zr₂O₁₂固态电解质具备高离子电导率、对锂金属负极良好的化学稳定性以及宽电化学窗口等特点,被视为最具发展和应用前景的固态电解质之一。基于密度泛函理论计算的第一性原理计算是从量子力学出发,在电子层面计算个体和总体的电子和原子行为。将第一性原理计算与Li₇La₃Zr₂O₁₂固态电解质研究相结合可以在原子尺度上预测和解释电解质材料的性质和行为,同时将计算和系统模型相结合有助于解释该电池系统复杂的实验表征结果。概括了第一性原理计算在Li₇La₃Zr₂O₁₂固态电解质中的应用,总结Li₇La₃Zr₂O₁₂的电子结构和晶体结构等微观结构特征,分析了锂负极与电解质的接触角、锂离子的迁移以及电解质热力学性质等物理化学性质,最后对第一性原理计算...     

石榴石型Li7La3Zr2O12固态电解质离子电导率及电极界面问题研究进展

石榴石型Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)固态电解质因高安全性且对锂金属稳定成为固态锂电池的关键材料。但是,石榴石型固态电解质离子电导率还有待提高以及固-固界面不良接触导致的界面电阻大等问题使LLZO基固态电池的实际应用受到了限制。从石榴石型LLZO结构角度出发,探讨了锂离子输运机制并综述了提高离子电导率的策略及最新成果。针对固态锂电池无法避免的界面问题,从LLZO固态电解质与同为固态的电极接触方面,总结了优化界面的具体方法。最后,提出了石榴石型固态电解质未来可研究的方向,并促进其在全固态锂电池中的发展和应用。     

石榴石型固体电解质Li7La3Zr2O12的研究进展

固态电解质主要包括聚合物固态电解质、无机固体电解质、薄膜固态电解质。简单介绍了无机固体电解质的分类,着重阐述了无机固体电解质锂镧锆氧(Li_7La_3Zr_2O_(12))的合成方法、掺杂和表面修饰研究进展,并展望了研究前景。     

石榴石型固体电解质Li7La3Zr2O12的掺杂改性及应用研究进展

使用固体电解质的固态锂电池在安全性和循环性等方面具有明显优势,已成为锂电池的重要研究方向。固体电解质类型众多,其中石榴石型固体电解质锆酸镧锂(Li_7La_3Zr_2O_(12))具有与金属锂接触稳定、电化学性能稳定等特点,在固态锂电池领域具有潜在的研究价值。综述了固体电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)的掺杂改性,如Li位、La位、Zr位以及双位的掺杂改性,介绍了Li_7La_3Zr_2O_(12)在锂硫电池中的应用,指出了该材料面临的挑战并对其发展前景进行了展望。     

基于热障涂层的La2Zr2O7材料改性研究进展

随着航空发动机不断向高推重比、高性能方向发展,传统、单一的热障涂层(Thermal barrier coating, TBC)已经不能满足热端部件严苛的服役要求。锆酸镧(La₂Zr₂O₇)具有熔点高、高温下结构稳定、低热导率等优点,具有极好的隔热性能,有望成为新一代热障涂层候选材料,但在实际应用中仍存在两大关键问题,即热膨胀系数低和断裂韧性差。因此,La₂Zr₂O₇材料在服役过程中会因热失配而造成局部热应力集中,导致涂层过早剥落失效,严重影响涂层的服役寿命。国内外研究表明,对La₂Zr₂O₇材料进行改性可以有效解决上述问题。为此,系统分析了关于La₂Zr₂O₇材料改性的研究工作,将La₂Zr₂O₇材料改性总结为4类：第二相复合、稀土掺杂、纳米化和高熵化。重点介绍...     

Li0.5La0.5TiO3包覆LiNil/3Co1/3Mnl/3O2材料的研究

以Li0.5La0.5TiO3为包覆物,制备了固体电解质包覆的LiNil/3Co1/3Mnl/3O2正极材料。采用XRD、SEM对材料进行了表征:XRD显示未包覆的材料具有α-NaFeO2层状结构,粒径在200～300nm之间,包覆后材料粒径略有增大,包覆层具有ABO3型固体电解质结构。包覆层的致密程度及材料的循环稳定性与热处理温度有关。包覆后400℃热处理得到的材料首次放电比容量为185mAh/g,较未包覆材料容量有所提高,50次循环后其容量仍能达到156.5mAh/g,表明包覆物Li0.5La0.5TiO3对LiNil/3Co1/3Mnl/3O2具有保护作用。     

Li7La3Zr2O12固态电解质负极界面研究进展

石榴石型固态电解质锂镧锆氧(Li₇La₃Zr₂O₁₂,LLZO)具有高达5 V的宽电化学窗口,在固态电解质体系中,与金属锂负极具有良好的匹配性,使其有望成为下一代高能量电池。但LLZO与电极界面的稳定性问题极大地限制了其实际应用。本文从金属锂负极特性、LLZO电解质特性、LLZO/Li界面接触三个方面对LLZO/Li界面的稳定性问题展开分析,阐述界面稳定性的根源,同时对界面优化方法进行总结,提出LLZO/Li负极界面发展应注意的问题。     

Gd2Zr2O7陶瓷的高温热物理性能及Gd2Zr2O7-8YSZ双涂层制备

通过高温固相合成方法制备了烧绿石结构Gd₂Zr₂O₇陶瓷材料,研究了其高温相稳定性和热物理性能。采用电子束物理气相沉积方法制备了Gd₂Zr₂O₇-8YSZ(8%Y₂O₃-ZrO₂)双陶瓷层结构热障涂层,分析了涂层顶层的晶体结构和原子数量比。结果表明,Gd₂Zr₂O₇在室温至1500℃范围内具有良好的相稳定性,比第一代热障涂层8YSZ的高温相稳定区间提高250℃以上。Gd₂Zr₂O₇块材的热膨胀系数在100~1500℃范围内介于8.8×10^-6~11.0×10^-6 K^-1之间,与8YSZ接近; 在1000~1400℃高温区间,热导率约为1.0 W(m·K)^-1,比8YSZ降低一半左右。沉积制得的Gd₂Zr₂O₇涂层化学成分符合化学计量比,为烧绿石结构,涂层呈现典型的柱状晶结构。     

Li2CO3-B2O3-V2O5掺杂ZnO-TiO2陶瓷低温烧结的研究

以Li2CO3、B2O3和V2O53种常见的低熔点氧化物为烧结助剂,用传统固相法制备了Li2CO3-B2O3-V2O5掺杂的ZnO-TiO2微波介质陶瓷,并利用XRD、SEM等研究了ZnO-TiO2陶瓷的烧结行为、物相组成、显微结构特征及微波介电性能等。结果表明,当掺入3%(质量分数)Li2CO3-B2O3-V2O5时,在840℃烧结2h可制备出体积密度为4.99g/cm3的ZnO-TiO2陶瓷,达到理论密度的96.5%以上,εr、Q.f、τf分别约为24、22900GHz、-4×10-6/℃。     

SnP2O7中温固体电解质的制备和导电性能

用固相反应法制备了不同P/Sn物质的量比的SnP2O7,并研究了该电解质在120～260℃范围内的导电性能。XRD分析表明SnP2O7为立方结构。热重分析了电解质在中温范围内的稳定性。用交流阻抗谱测量了电解质电导率,电导率随着HPO3在电解质中的残余量的提高而提高。测试结果表明电解质中起导电作用的主要是HPO3,而SnP2O7主要起支撑作用。最大电导率是在200℃,P/Sn物质的量比为3.0时,干空气条件下为5.1×10-2S/cm,湿空气条件下为6.6×10-2S/cm。     

球形钛酸锂的制备工艺对其电化学性能的影响

以钛酸丁酯和LiOH·H_2O为原料,以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,利用水热法合成球形尖晶石结构钛酸锂,探讨制备工艺对球形钛酸锂结构的影响,并对合成球形钛酸锂的电化学性能进行表征。结果表明:n(LiOH·H_2O)∶n(钛酸丁酯)=0.9∶1,170℃水热反应36h,并在600℃热处理2h条件下合成的Li_4Ti_5O_(12)具有较好的球形度和结晶度,其在0.1C放电倍率下的首次可逆容量为201 mAh·g~(-1),循环20次后可逆容量仍达198mAh·g~(-1);当放电倍率达50C时,其首次可逆容量仍达149mAh·g~(-1),经20次循环后容量保持率高达98.9%,表现出良好的循环性能和倍率特性。     

Electrical conductivity of 5 mol.% Yb2O3 and 5 mol.% Gd2O3 co-doped Sm2Zr2O7

Sm₂Zr₂O₇ co-doped with and without 5 mol.% Yb₂O₃ and 5 mol.% Gd₂O₃ were prepared by a pressureless-sintering method at 1973 K for 10 h in air. The relative density, structure and electrical conductivity were investigated by the Archimedes method, X-ray diffraction, scanning electron microscopy and impedance spectra measurements. Both Sm₂Zr₂O₇ and (Sm_0.9Gd_0.05Yb_0.05)₂Zr₂O₇ ceramics exhibit a single phase of pyrochlore-type structure. The grain conductivity, grain-boundary conductivity and total conductivity obey the Arrhenius relation, respectively, and gradually increase with increasing temperature from 723 to 1173 K. (Sm_0.9Gd_0.05Yb_0.05)₂Zr₂O₇ ceramic is the oxide-ion conductor in an oxygen partial pressure range of 1.0 × 10⁻⁴ to 1.0 atm at all test temperature levels. The grain conductivity, grain-boundary conductivity and total conductivity of (Sm_0.9Gd_0.05Yb_0.05)₂Zr₂O₇ with dual Yb³⁺ + Gd³⁺ doping are higher than those of undoped Sm₂Zr₂O₇ at identical temperature levels.     

La2O3、Nd2O3、Y2O3对高岭石高温相变动力学的影响

利用综合热分析技术、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)研究了La_2O_3、Nd_2O_3、Y_2O_3对高岭石高温条件下转变成莫来石过程的作用,并采用Kissinger方程、Ozawa方程以及JMA修正方程(Ⅰ)和(Ⅱ)分析了La_2O_3、Nd_2O_3、Y_2O_3对高岭石高温相变动力学的影响。结果表明:3种稀土氧化物的掺入对高岭石的相变动力学参数产生了影响,相变活化能和频率因子与未掺入稀土氧化物的高岭石相比有所降低,析晶方式则未发生变化,均属于体积晶化。对比掺入3种稀土氧化物的高岭石相变活化能和频率因子可以看出,Y_2O_3对于高岭石高温条件下相变的促进作用最为明显,相变活化能最低。稀土氧化物对于高岭石高温相变产物影响不大,主晶相为莫来石相,次晶相为方石英相,但稀土氧化物的掺入使得方石英相的结晶度明显提高。     

微波和真空烧结制备La2O3掺杂Al2O3透明陶瓷

通过共沉淀法制备La2O3掺杂Al_2O_3纳米粉,粉体经压制后分别采用微波和真空烧结制备Al_2O_3透明陶瓷。结果表明:Al_2O_3粉末颗粒大小均匀,近似球形,为40~60nm;两种烧结方式制备的试样XRD图中均为α-Al_2O_3,未检测到其它相。La2O3掺杂量为1%时,随烧结温度升高,两种烧结方法得到的Al_2O_3陶瓷的相对密度和抗弯强度均呈上升趋势,且微波烧结陶瓷的相对密度和抗弯强度明显高于真空烧结。1500℃烧结时,随La2O3掺杂量的增加,Al_2O_3陶瓷的相对密度均先增大后减小,当La2O3掺杂量为1%时,Al_2O_3陶瓷的相对密度和抗弯强度均最大。微波烧结陶瓷的透光率明显高于真空烧结,且其断口晶粒比真空烧结明显细少。     

Li2ZnTi3O8基微波介质陶瓷的研究进展

Li_2ZnTi_3O_8陶瓷是一种固有烧结温度低的新型微波介质陶瓷,具有较高的品质因数和近零的谐振频率温度系数。主要论述了近年来Li_2ZnTi_3O_8陶瓷制备方法、离子置换改性、氧化物掺杂改性以及低温共烧等方面的研究进展,指出了目前Li_2ZnTi_3O_8陶瓷研究中存在的问题及今后的发展趋势。     

稀土(Ln=Y/Yb)掺杂对Sm2Zr2O7陶瓷材料结构及热导率的影响

利用稀土Ln=Y/Yb对Sm_2Zr_2O_7进行A位取代掺杂,通过固相合成法制得Sm1.8Ln0.2Zr2O7(Ln=Y/Yb)陶瓷材料。分别利用XRD分析材料的晶体结构,SEM观察其显微形貌,激光导热仪测试其热扩散系数并计算得到热导率。结果表明,Sm1.8Ln0.2Zr2O7(Ln=Y/Yb)陶瓷材料为立方烧绿石结构,晶粒分布均匀,Yb~(3+)/Y~(3+)的掺杂降低了陶瓷材料的热扩散系数和热导率,其中Yb的作用更为明显。     

低维纳米立方相Li_4Mn_5O_(12)的制备及锂吸附性能

以MnSO4·H2O和(NH4)2S2O8为原料通过控制水热反应条件合成了纯的四方相β-MnO2纳米氧化物,进一步通过低温固相法制备了立方相Li4Mn5O12,经酸浸脱锂后得到对Li+具有特殊选择性的MnO2离子筛.用XRD、HRTEM、SAED、吸附等温线、吸附动力学及共存金属离子的分配系数等手段对产物的晶相结构和Li+选择性吸附性能进行了研究.HRTEM和SAED图像表明氧化物MnO2、前驱体Li4Mn5O12和离子筛MnO2均为低维纳米棒.离子筛的最大吸附量达到6.6mmol/g,且当Li+初始浓度仅为5.0mmol/L时,离子筛的吸附量即可达到约5.0mmol/g,这对于在海水或锂离子浓度极低的盐湖卤水提锂具有重要的实用意义.     

Raman scattering studies of ultrathin-layer YBa2Cu3O7/PrBa2Cu3O7 superlattices

We present Raman scattering studies ofc-oriented ultrathin-layer superconducting (YBa₂Cu₃O₇) _m /(PrBa₂Cu₃O₇) _n superlattices. For the superlattice with (m=2,n=1) sequence, Raman spectra reveal a new line in the spectral region around 320 cm^–1. It is interpreted as a mode representing a combination of IR optical phonons of the Y-sublayers with an admixture of aB _1g type Raman active vibration in the Pr sublayers. This new line, which is similar to those from the interior of the Brillouin zone of the original lattice, does not exhibit superconductivity-induced self-energy effects, although its counterpart in the pure substance does. No additional line is found in the (m=1,n=2) superlattice in the same region, supporting our interpretation for the (m=2,n=1) sample.     

添加La2O3对粉煤灰合成Al2O3-SiC复合粉体的影响

以粉煤灰和活性炭为原料,通过碳热还原反应在Ar气氛下合成Al_2O_3-SiC粉体,探究了一条低成本合成Al_2O_3-SiC粉体的可行途径。研究了添加La_2O_3对合成过程的影响。采用XRD和SEM表征了材料的物相组成和显微形貌。结果表明:当粉煤灰与活性炭质量比为100∶44,在1 550℃下保温5h,添加6%(质量分数)的La_2O_3时,可合成性能良好的Al_2O_3-SiC粉体,颗粒分布均匀,平均粒径为0.5~1μm,较不添加La_2O_3合成温度降低约50℃。     

Microstructural study of YBa2Cu3O7/SrTiO3/YBa2Cu3O7 heteroepitaxial trilayer films grown on (100) SrTiO3 substrates

Detailed transmission electron microscopic study has been carried out on heteroepitaxial YBa₂Cu₃O₇/SrTiO₃/YBa₂Cu₃O₇ trilayer thin films grown on (100)SrTiO₃ substrates prepared by DC and RF magnetron sputtering. The microstructural results showed the existence of somea-axis-oriented YBCO grains 20–90 nm wide in thec-axis-oriented YBCO matrix. Some of thea-axis grains in the lower YBCO thin film layer have protruded into the above SrTiO₃ layer, which may cause short circuit between the two YBCO superconducting layers. This is unsuitable for the application of trilayer thin films for microelectronic devices. The defects on the surface of the substrates would also influence the growth quality of the YBCO thin films.