Na_3Zr_(2-x)Mg_xSi_(2-2x)P_(1+2x)O_(12)系统的相关系和电性能

研究了Na_3Zr_(2-x)Mg_xSi_(2-2x)P_(1+2x)O_(12)系统的组成、结构和电性能。结果表明:Mg~(2+)能在一定的组成范围内取代Na_3Zr_2Si_2PO_(12)中的Zr~(4+)形成固溶体,单相固溶体区域延伸至x=0.5;当x=0.4时固溶体的结构由单斜转变为三方。固溶体的电导率随x的增加而降低。本文还从结晶化学的角度讨论了Na_3Zr_(2-x)Mg_xSi_(2-2x)P_(1+2x)O_(12)系统的组成、结构和电性能的关系。     

Li_(1+x)Ge_(2-x)Cr_xP_3O(12)系统的相关系与电导

研究了Li_(1+x)Ge_(2-x)Cr_xP_3O_(12)系统的相组成与电导的关系。用Cr~(3+)置换LiGe_2P_3O_(12)中的Ge~(4+)在00.5时出现未知相。用少量Cr~(3+)取代Ge~(4+)后电导率即骤增,在固溶体范围内电导率随x值的增大而升高,在0.2≤x≤0.6区间都有较高的电导率。Lj_(1.3)Ge_(1.7)Cr_(0.3)P_3C在35℃、300℃、450℃时的电导串分别为2.9×10~(-5)、1.1×10~(-2)、4.6×10~(-2)(S/cm),电导活化能为0.37eV,电子迁移数在10~(-5)数量级。     

锂离子二次电池负极材料Li_4Ti_(5-x)V_xO_(12)的合成及其电化学性能研究

为了提高锂离子二次电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的能量密度,本研究以LiOH·H_2O、TiO_2、NH_4VO_3为原料,采用水热法合成了一系列Li_4Ti_(5-x)V_xO_(12)(0≤x≤0.20)材料。对所合成的材料进行的分析测试表明,800℃是合成Li_4Ti_(5-x)V_xO_(12)(0≤x≤0.20)最适宜的热反应温度。实验结果还表明,钒掺入Li_4Ti_5O_(12)后,材料仍然保持了尖晶石型结构;同时材料的循环稳定性依然优越,且大倍率充放电特性得到显著改善。因此,与Li_4Ti_5O_(12)材料相比,钒掺杂的Li_4Ti_(5-x)V_xO_(12)材料具有更佳的倍率性能和更高的能量密度,更适用于动力锂离子电池。     

掺Na中空球形Li_4Ti_5O_(12)材料在锂离子电池负极中的应用研究

本文采用水热法制得中空球形Li_4Ti_5O_(12)材料,并对Li_4Ti_5O_(12)进行不同量的Na掺杂改性。考察了不同量Na的掺杂对Li_(4-x)Na_xTi_5O_(12)作为锂离子电池负极材料的性能影响,确定了最佳掺杂比例。通过实验结果得到,当充放电倍率提高到3C时,Li_(4-x)Na_xTi_5O_(12)(x=0.03)材料的可逆比容量和循环稳定性最好,掺杂改性效果明显。     

Li_(1-x)Bi_(4+x)Ti_4O_(15)薄膜制备与表征

在LiNO_3/SiO_2/Si基板上制备了Li_(1-x)Bi_(4+x)Ti_4O_(15)系列薄膜(x=0.3、0.4、0.5、0.6),并系统分析了这些薄膜的微观结构以及铁电、介电及漏电等电学特性。研究结果表明,在氮气气氛中以600℃持温30 min制备的单一相薄膜中Li0.5Bi4.5Ti4O15薄膜的结晶效果最好,且在其表面可成长出独立晶粒分布状态;x为0.5时薄膜的剩余极化强度2Pr=53.5μC/cm2、矫顽场2Ec=144.2 k V/cm,此时薄膜的铁电性能相对最佳;该系列薄膜的介电常数介于37~100,介电损失相对偏高,介于0.7~1.0;所有薄膜的漏电流均随外加电压的增加而逐渐增大,其中Li0.5Bi4.5Ti4O15薄膜漏电流最小,外加电压为10 V时其值约为3.88×10-6A。     

Na_3Zr_(2-x)Y_xSi_(2-x)P_(1 x)O_(12)系统的相组成和导电性

为了进一步研究化学取代抑止相转变的可能性,研究了Na_3Zr_(2-x)Y_xSi_(2-x)P_(1 x)O_(12)系统。结果表明:与Yb~(3 )取代Zr~(4 )的情况一样,在NASICON中,用Y~(3 )取代Zr~(4 )也能把NASICON的三方型稳定在室温。 用L.Pauling公式对固溶体的各组成进行了M—O键的离子性的计算,结果表明:固溶体电导率的增加和骨架共价性的增加无关。     

Li_4Ti_5O_(12)/Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3复合负极材料的制备及性能

采用溶胶-凝胶法合成了Li_4Ti_5O_(12)/Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3复合负极材料,通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒电流充放电、循环伏安和电化学阻抗研究复合材料的结构、形貌及电化学性能。结果表明:溶胶-凝胶法能合成纯相Li_4Ti_5O_(12)/Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3复合负极材料颗粒均匀。与纯相Li_4Ti_5O_(12)相比,引入Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3的Li_4Ti_5O_(12)复合负极材料具有更低的锂离子嵌入/脱出阻抗,Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3质量分数为1%、2%、3%、4%、5%的Li4Ti5O12复合负极材料首次放电容量比纯相Li_4Ti_5O_(12)分别提高了6.2%、11.8%、15.5%、8.0%和2.0%。充放电循环20次后,Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3质量分数为3%的Li_4Ti_5O_(12)复合负极材料循环性能最好,平均每次循环容量衰减率为0.022%。     

Li2Zn2(Mo1–xWx)3O12陶瓷的制备及其微波介电性能

采用固相反应法制备Li_2Zn_2(Mo(1–x)W_x)_3O_(12)陶瓷,研究了其相组成、显微组织及微波介电性能的变化规律。结果表明:当W6+取代量在0～0.1范围内,Li_2Zn_2(Mo(1–x)W_x)_3O_(12)陶瓷均显示出单相钒铁铜矿结构,形成了Li_2Zn_2(Mo(1–x)Wx)_3O_(12)固溶体。随着W~(6+)代量增加,Li_2Zn_2(Mo(1–x)W_x)_3O_(12)陶瓷的相对密度、介电常数和Q×f值均先增大后减小,其τ_f值则逐渐增大。当W6+取代量为0.025时,Li_2Zn_2(Mo_(0.975)W_(0.025))_3O_(12)陶瓷经630℃烧结2 h后具有较好的微波介电性能:ε_r=10.75,Q×f=630 95 GHz,τ_f=–65×10~(-6)/℃。     

(1-x)Nd(Zn_(1/2)Ti_(1/2))O_3-xSrTiO_3微波介质陶瓷的结构与性能研究

通过传统固相合成工艺制备了(1-x)Nd(Zn_(1/2)Ti_(1/2)O_3-xSrTiO_3(x=0.0,0.2,0.4,0.5,0.6,0.8)(NZST)微波介质陶瓷。研究了SrTiO_3的添加量x对NZST陶瓷的烧结性能、晶相组成、显微结构以及微波介电性能的影响。结果表明:NZST陶瓷的体积密度随着x值增大而减小,并在1350℃可以烧结致密;XRD结果显示,在x取值的整个范围内,体系均形成两相复合系统;随着SrTiO_3的添加量x的增加,NZST陶瓷的微波介电性能呈现线性的变化规律。当x=0.5时,可获得谐振频率温度系数近零的微波介质陶瓷,其微波介电性能为:ε_r=52.5,Q×f=15834 GHz,τ_f=5.48×10~(-6)/℃。     

锂离子电池Li_4Ti_5O_(12)负极材料的研究进展及展望

Li_4Ti_5O_(12)是一种锂离子电池负极材料,它的优势是具有较高的负极电压,为电池带来可靠的安全性。然而,目前Li_4Ti_5O_(12)仍然存在着电子传导速率低和离子扩散速率慢的问题,制约了其高倍率性能的发展。本论文主要从构建Li_4Ti_5O_(12)的微纳结构、构建Li_4Ti_5O_(12)/碳的复合结构和构建Li_4Ti_5O_(12)的纳米阵列结构,综述了解决Li_4Ti_5O_(12)电子传导速率低和离子扩散速率慢问题的方法,并对Li_4Ti_5O_(12)电极的未来发展前景进行了分析与展望。     

Y掺杂Ca_(1-x)Y_(2x/3)Cu_3Ti_4O_(12)陶瓷的制备及其介电性能研究

采用固相反应法制备了Y掺杂的CaCu_3Ti_4O_(12)(CCTO)陶瓷,研究了Y掺杂量对Ca_(1-x)Y_(2x/3)Cu_3Ti_4O_(12)(x=O%,1%,3%,5%)陶瓷的物相结构、微观形貌和介电性能影响,对Y掺杂影响CCTO陶瓷介电性能的机理进行了分析。结果表明:Y掺杂量在1~5 mol%时对CCTO陶瓷的相结构基本无影响;然而,当Y掺杂量达到3 mol%时,CCTO陶瓷的晶粒长大被明显抑制。Y掺杂量为1~3 mol%时,不仅可以提高CCTO陶瓷的介电常数,而且可以同步降低其介电损耗,从而有助于CCTO陶瓷的综合介电性能的提升。     

Al稳定立方相Li_7La_3Zr_2O_(12)固态电解质的场助烧结制备

石榴石型结构的固态电解质Li_7La_3Zr-2O_(12)(LLZO)因其良好的力学性能、化学稳定性、高离子电导率等特点有着广阔的应用前景。Li_7La_3Zr-2O_(12)(LLZO)具有四方相和立方相两相,其中立方相比四方相有更高的离子电导率(~10~(-3) S/cm)。本文利用场助烧结的制备方法,通过在Li_7La_3Zr-2O_(12)(LLZO)体系中掺杂Al~(3+)来稳定立方相的生成,制备了高离子电导、高致密的立方相Li_7La_3Zr-2O_(12)(LLZO)电解质,探究了Al~(3+)在立方相LLZO中的存在形式。实验采用FESEM、XRD、NMR和交流阻抗等方法研究了固体电解质的表面形貌、物相、Al~(3+)的存在形式及离子电导率。实验结果表明,在1150℃烧结温度下,Al2O3含量为1.5wt.%时,LLZO在室温下具有最高的离子电导率5.7×10~(-4) S/cm,Al位于LLZO晶粒中取代四面体中的Li,且相对密度约为99.8%。     

低温B_2O_3掺杂对Ba_4Sm_(9.33)Ti_(18)O_(54)微波介质陶瓷性能的影响

为降低Ba_4Sm_(9.33)Ti_(18)O_(54)(BST)微波介质陶瓷的烧结温度,研究了B_2O_3掺杂对其烧结性能、物相组成、显微结构及介电性能的影响。结果表明:少量B2O3的引入未改变陶瓷的晶相组成,主晶相为Ba_(6-3x)Sm_(8+2x)Ti_(18)O_(54)固溶体,适量B_2O_3不仅能显著地降低BST陶瓷的烧结温度至1180℃,而且能提高其介电性能;随着B_2O_3添加量的继续增加,有烧绿石结构的Sm_2Ti_2O_7相出现并逐渐增多。当B_2O_3添加量为0.25 wt%,在1180℃温度烧结3 h时,BST陶瓷获得优异的微波介电性能:ε_r=76.58,Q·f=6794.24 GHz,τ_f=-7.06×10~(-6)/℃。     

MgO掺杂Ca_(0.85)Sr_(0.15)Cu_3Ti_(4.01)O_(12)陶瓷的制备及介电性能

首先研究了Ti缺失和过量对Ca_(0.85)Sr_(0.15)Cu_3Ti_(4+x)O_(12)陶瓷粉体(x=-0.005～0.020)相结构的影响,再采用传统固相法制备了MgO掺杂(0～25 mol%)Ca_(0.85)Sr_(0.15)Cu_3Ti_(4.01)O_(12)陶瓷,主要研究了MgO含量变化对Ca_(0.85)Sr_(0.15)Cu_3Ti_(4.01)O_(12)陶瓷晶相结构、显微结构和介电性能的影响。结果表明:x=-0.005～0.005时有少量的CuO杂相存在,当x=0.010时得到了单一的类钙钛矿结构,Ti含量进一步增加出现了少量的TiO_2杂相;随着MgO掺量的增加,晶粒尺寸逐渐增大,在MgO掺量为1 mol%时,体积密度达到最大为4.98 g/cm~3,相对密度为98.76%。陶瓷的室温介电常数和介电损耗均是先增大后减小,在MgO掺量为5 mol%时,陶瓷的介电常数达到最大值1.01×10~5(10 kHz),介电损耗为0.183。在40～100 kHz频率范围内,介电常数均在4.78×10~4以上,具有良好的频率稳定性。     

不同Ti~(4+)含量掺杂Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的制备和电化学性能

采用钛酸四丁酯[Ti(OC_4H_9)_4]水解和900℃高温烧结工艺制得不同Ti~(4+)含量掺杂下的Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]_(1-x)Ti_xO_2正极材料。采用XRD、SEM等表征方法对Ti~(4+)掺杂前后的Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2颗粒的微观结构、表面形貌进行分析研究,发现掺杂前后材料的结构并未明显变化。电化学测试结果表明,虽然Ti~(4+)表现为非电化学活性,使得掺杂有Ti~(4+)的正极材料其首次充放电比容量有所降低,但是在高倍率性能及循环性能测试中,Ti~(4+)掺杂改性效果表现明显。其中当Ti~(4+)掺杂量为x=0.02时,其倍率性能及循环性能最佳。在5C高倍率下放电,Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]_(0.98)Ti_(0.02)O_2样品的放电比容量要比未掺杂样品高出约20 m A·h/g。而且经过100次循环后,Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]_(0.98)Ti_(0.02)O_2样品的放电比容量仍有187.9 m A·h/g,容量保持率高达96.8%。而未掺杂样品的100次循环后容量保持率仅有91.2%。     

添加TiO_2对0.97Li_(2.3)MgTi_3O_(8.15)-0.03R3725材料的物相组成及介电性能的影响

采用传统固相反应法制备了(1-x)(0.97Li_(2.3)MgTi_3O_(8.15)-0.03R3725)-xTiO_2(0.04≤x≤0.10,质量分数)陶瓷,研究了不同含量TiO_2添加对0.97Li_(2.3)MgTi_3O_(8.15)-0.03R3725 (0.97LMT-0.03R3725)陶瓷烧结特性、相结构、微观形貌以及微波介电性能的影响。结果表明:当x≤8%时,(1-x)(0.97LMT-0.03R3725)-xTiO_2所有组分的物相都能够被Li_2MgTi_3O_8和Li_2O标记,并且随着x的增加,Li_2O特征峰的相对强度在逐渐降低,当x增加到10%时,Li_2O反应完全,TiO_2过量,出现TiO_2的特征峰。随着TiO_2含量的增加,陶瓷的烧结温度、ε_r、τ_f和σ_f(抗弯强度)增加,ρ和Q·f先增加后减小。烧结温度为880℃时,0.92(0.97LMT-0.03R3725)-0.08TiO_2陶瓷表现出了优良的综合性能:ε_r=26.8,Q·f=36386 GHz(7.05 GHz),τ_f=3.02×10~(-6)℃~(-1),σ_f=182.5 PMa。且在此温度下介质材料与Ag电极兼容性良好,表明该材料是制备LTCC器件的备选材料。     

Ba/Sr比对Ba_xSr_(1-x)Zr_(0.18)Ti_(0.82)O_3陶瓷结构及性能的影响

本文采用溶胶-凝胶法制备Ba_xSr_(1-x)Zr_(0.18)Ti_(0.82)O_3(x=0.3,0.4,0.5)陶瓷粉末,通过传统的陶瓷制备方法制备陶瓷样品,研究了不同Ba/Sr比对陶瓷结构及充放电性能的影响。研究结果显示,随着Ba/Sr的增加,陶瓷的介电常数变大,居里温度向高温方向移动,介电性由线性向非线性演变;室温下,Ba_(0.5)Sr_(0.5)Zr_(0.18)Ti_(0.82)O_3陶瓷有最大的介电常数(~2250,0.004,1 k Hz),最大的饱和极化(~10.8μC/cm~2,110 k V/cm),最大的能量密度(~0.42 J/cm~3,110 k V/cm),其放电效率也达到93%。     

Sm_xCe_(1-x)O_(2-x/2)(x=0.05,0.1,0.15)陶瓷的热物理性能

以Sm_2O_3和Ce(NO_3)·6H_2O为原料,采用溶胶凝胶法和固相烧结法合成了Sm_xCe_(1-x)O_(2-x/2)陶瓷材料。研究了材料的相结构和显微组织,热导率和热膨胀。结果表明:合成的Sm_xCe_(1-x)O_(2-x/2)陶瓷纯净并具有单一的萤石结构。其显微组织致密,晶界清晰。Sm_2O_3掺杂能降低CeO_2的热导率,其1000℃时的热导率在2.2~2.6 W/m·K之间,与氧化钇部分稳定氧化锆的热导率相当;Sm_xCe_(1-x)O_(2-x/2)陶瓷的热膨胀随Sm_2O_3含量的增加而降低,其1200℃时的热膨胀系数大于13×10~(-6)/K。     

Li_4Ti_5O_(12)/TiO_2纳米复合材料制备及其锂离子电池性能研究

以钛酸丁酯、氢氧化锂为原料,在聚乙二醇(PEG200)体系下通过水热法合成了Li_4Ti_5O_(12)纳米片/TiO2纳米颗粒复合材料,采用XRD、SEM等对材料的结构,形貌等进行了表征。通过控制Li/Ti的摩尔比可以较好地控制TiO2的含量,分别得到纯的Li_4Ti_5O_(12)纳米片或Li_4Ti_5O_(12)纳米片/TiO2纳米颗粒复合材料。测试了制得材料的锂离子电池性能,结果表明,Li_4Ti_5O_(12)-TiO2复合纳米材料具有优良的充放电容量和倍率性能。首次放电可达到172 m Ah·g-1,充电可达到170 m Ah·g-1,效率高达98.8%。     

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li_4Ti_5O_(12)全电池的制备及电化学性能研究

以5 V高电压LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4为正极材料,高安全性Li_4Ti_5O_(12)为负极材料制备了LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li_4Ti_5O_(12)全电池,重点研究了正负极容量配比对电池电化学性能的影响。其中正极容量过量40%的电池具有最好的倍率和循环性能,在0.5 C电流下,P/N=1.4的电池的最高放电比容量为164.1 m Ah·g~(-1),循环200次的容量保持率为88%;在2 C电流下,P/N=1.4的电池的最高放电比容量为135.2 m Ah·g~(-1),循环740次的容量保持率为91.1%。P/N=1.4的电池良好的倍率和循环性能与其内阻较小、电池极化较小等因素有关。