鋰離子導(dǎo)體的現(xiàn)狀調(diào)查

鋰離子導(dǎo)體的現(xiàn)狀調(diào)查離子運(yùn)動(dòng)引起的現(xiàn)象早就被人們發(fā)現(xiàn)并得到應(yīng)用。固體導(dǎo)電最早發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用的是19世紀(jì)末用摻雜氧化錯(cuò)做成的寬帶光源（通常稱為能斯脫光源），以及PbF2都是陰離子導(dǎo)體。20世紀(jì)30年代中期，斯托克（Strock）又發(fā)現(xiàn)AgI是在146°C從低溫相轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷?。相后，是一種具有高離子導(dǎo)電率的陽離子導(dǎo)體，電導(dǎo)率增加了3個(gè)數(shù)量級以上，達(dá)到1.3S/cm。到20世紀(jì)60年代中期，發(fā)現(xiàn)了以銀離子為載流子的復(fù)合碘化銀化合物（RbAg4I5室溫電導(dǎo)率達(dá)0.27S/cm）為代表的一系列室溫離子導(dǎo)體，把固體電解質(zhì)的應(yīng)用由高溫推向室溫。幾乎同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了以鈉離子為載流子的。--Al2O3在200-300C有很高的離子導(dǎo)電率（達(dá)10-1S/cm），相當(dāng)于熔鹽電導(dǎo)的水平，這是固體電解質(zhì)的又一次突破，它導(dǎo)致大功率Na/S的出現(xiàn)，有可能用作。Na電池高能鈉硫電池的隔膜材料。到20世紀(jì)70年代中后期，逐漸形成一門新的學(xué)科分支---固體離子學(xué)。同時(shí)召開了若干次國際會(huì)議，1980年創(chuàng)刊了專門的國際性月刊“SolidStateIor固C態(tài)離子學(xué)），國內(nèi)外出版了有關(guān)專著。我國在20世紀(jì)60年代末開始，進(jìn)行了穩(wěn)定氧化錯(cuò)為隔膜材料的高溫燃料電池的研究；20世紀(jì)70年代初，開始以。--Al2O3為隔膜材料的鈉硫電池的研究，以后進(jìn)行了其它快離子導(dǎo)體的研究，并在某些方面獲得了應(yīng)用。由于快離子導(dǎo)體具有重大的理論和實(shí)用價(jià)值，已在眾多實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展成為很有價(jià)值的材料或器件。近年來，各國科學(xué)家十分重視與能源有關(guān)的問題，而快離子導(dǎo)體用作無污染高能鈉硫電池、燃料電池新能源材料，氧分析器等的研究就備受關(guān)注。接下來將會(huì)詳細(xì)介紹鋰離子導(dǎo)體的發(fā)展。隨著高能電池研究的進(jìn)展，以鋰離子導(dǎo)體作為隔膜材料的室溫全固態(tài)鋰電池，由于壽命長、裝配方便、可以小型化等優(yōu)點(diǎn)引起人們的重視。鋰離子導(dǎo)體的種類很多，按離子傳輸?shù)耐ǖ婪譃橐痪S、二維、三大類。一維傳導(dǎo)：有。-鋰霞石(。-LiAlSiO4)和鎢青銅結(jié)構(gòu)LixNbxW1xO3固溶體。鋰離子的遷移通道平行于C軸。二維傳導(dǎo)：有Li。--A12O3和Li3N及其它鋰的含氧酸鹽，鋰離子遷移一般發(fā)生在層狀結(jié)構(gòu)。Li。--A12O3和Li3N晶體中，Li+在垂直于雋由方向的a--b面上遷移，和一維導(dǎo)體相比，二維傳導(dǎo)的鋰電子導(dǎo)體的遷移途徑較多，電導(dǎo)率較高。由于Lig-A12O3在制備、純化和去水方面存在技術(shù)困難，所以目前尚難應(yīng)用。雖然Li3N對鋰的穩(wěn)定性好，在400°C的電導(dǎo)率能達(dá)10-1?10-2S/cm，但分解電壓低(25C時(shí)為0.44V)，使其實(shí)際應(yīng)用受到限制。三維傳導(dǎo)的鋰離子導(dǎo)體是骨架結(jié)構(gòu)，遷移通道更多，由于傳導(dǎo)性更好，又是各向同性，因而引起更多興趣和更多的研究。Li24Zn(GeO4)4是具有三維傳導(dǎo)性能最好的快離子導(dǎo)體。在300C時(shí)電導(dǎo)率為0.125S/cm,并兼有燒成溫度低(1100--1200°C)、制備方便等優(yōu)點(diǎn)。但它對熔融鋰不穩(wěn)定，對CO2和h2o很敏感，因此使應(yīng)用受到限制。在鋰離子導(dǎo)體材料的研究實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)了許多重要的材料，它們在環(huán)保、能源等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。從材料的使用性能來講，離子導(dǎo)體材料必須具備以下條件：在使用溫度下具有高的離子電導(dǎo)率；在貯藏溫度下具有低的離子電導(dǎo)率；可忽略的電子電導(dǎo)；與電極材料結(jié)合時(shí)的穩(wěn)定性以及大規(guī)模生產(chǎn)的可操作性。為了研制出真正實(shí)用的鋰離子導(dǎo)體材料，還須在以下方面進(jìn)行深入探討。1、 離子導(dǎo)體納米材料的合成及材料的結(jié)構(gòu)與性能研究。納米材料的結(jié)構(gòu)和各種小尺寸效應(yīng)使其表現(xiàn)出來的物性和常規(guī)的材料有著非常顯著的差異。對于離子導(dǎo)體，制備納米材料可以有利于晶界電導(dǎo)率的提高，并可以使從低溫非導(dǎo)電相到高溫導(dǎo)電相的相變溫度降低；2、 復(fù)合離子導(dǎo)體的進(jìn)一步的研究，特別是選擇那些有應(yīng)用前景的基質(zhì)材料，通過添加第二相改善材料的可使用性。加入的第二相除了上述