固体锂离子电池用电解质解决方æ¡?/p>
13
Li3N
系列锂陶瓷电解质
Li3N
是由德国
的一å®?/p>
研究所发现的一种室温电导率较高且对é‡?/p>
属锂稳定的锂快离子导ä½?/p>
,
其晶体结构属六方晶系,在垂直äº?/p>
C
轴方
向包含两层:一层是
Li2N
,另一层是çº?/p>
Li
层。层状的
Li3N
是二维离å?/p>
导体,在垂直äº?/p>
C
轴方向的室温电导率达
10
-3
S/cm
,而平行于
C
轴方å�?/p>
的离子电导率却很低ã€?/p>
实际çš?/p>
Li3N
晶体并不完全符合化学计量式,
�/p>
å…?/p>
Li2N
层中大约æœ?/p>
1%
ï½?/p>
2%
的锂空位,这些少量的空位å¯?/p>
Li3N
çš?/p>
Li
+
�/p>
电性具有重要的意义。研究表明,
Li2N
层中çš?/p>
Li
+
生成自由能低,升
高温度可大幅度增加锂空位数目,受热激发的
Li
+
所作的简谐振动以
Li2N
层内振动为主,从而形成一个二维导电网络;纯锂层中çš?/p>
Li
+
è™?/p>
然排列完全有序,但剩余空间大,同样可以参与导电ã€?/p>
尽管
Li3N
的室温离子电导率高,但其分解电压低(室温下仅æœ?/p>
0.45V
),高度的各向异性结构,合成时易产生杂相,对空气敏感å°?/p>
其是遇水易燃等,
这些都限制了其在固态电池中的商业化应用ã€?/p>
为改
å–?/p>
Li3N
的性能,人们对掺杂
Li3N
的一系列多元体系进行了大量研究ã€?/p>
�/p>
Li3N
中掺å…?/p>
LiX
ï¼?/p>
X=Cl,Br,I
)形æˆ?/p>
Li
2-2x
N
0.5-x
X
0.5+x
共熔体可显著æ�?/p>
高其分解电压,从而提高了化学稳定性。在这一系列掺卤化合物中
Li
9
N
2
Cl
3
最为典型,
Li
9
N
2
Cl
3
为立方反萤石结构,其晶格中有大约
10%
的锂缺陷空位ï¼?/p>
Li
+
是主要载流子,室温电导率ä¸?/p>
2.5
×
10
-6
S/cm
,并
且为三维离子传导,传导性能基本为各向同性,电子电导率相当低ã€?