[发明专利]一种固体电解质材料的鉴别方法

说明书

本发明公开了一种固体电解质材料的鉴别方法，该方法对锂石榴石固体电解质材料进行XRD检测，根据XRD衍射峰结果判定锂石榴石固体电解质材料的相结构和结晶性是否达标，对于相结构和结晶性都达标的锂石榴石固体电解质材料，根据其不同衍射峰位所在最高峰扣除背底强度后的峰强之间的比值关系以及最强峰所在峰位，对被测固体电解质材料的室温离子电导率性能进行鉴别。本发明可以直接根据方便可行的XRD测试方法及其结果来判断给定锂石榴石材料体系的室温离子电导率是否较高，为测试人员筛选工作提供极大的便利。本发明同时公开了一种能快速鉴定出具有高室温离子电导率性能的被测固体电解质材料是否含有Ga或Fe掺杂的方法。

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体涉及一种固体电解质材料的鉴别方法。

背景技术

目前，在固体电解质材料中锂石榴石被广泛应用。石榴石化学通式为A₃B₂(SiO₄)₃，其中A和B分别是二价和三价阳离子。它的空间群是No.230Ia-3d，隶属于体心立方晶系。其晶体结构中[BO₆]八面体与六个[SiO₄]四面体共顶点相连，同时四面体与四个八面体共顶点相连构建其三维骨架。A位是骨架中十二面体空隙，一般由离子半径较大的阳离子占据。如将Li取代Si则其化学式变为A₃B₂(LiO₄)₃，即为锂石榴石。为了平衡电价，此时A和B的价态可有所调整。目前室温离子电导率比较高的锂石榴石主要是以Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)为主的体系，室温离子电导率可超过0.2mS/cm，目前报道的最高值已经可达1.5mS/cm，表现出较高的综合性能。

研究发现，LLZO具有两种相结构。一种是四方相，其室温离子电导率只有10^-6S/cm，主要是因为其相结构导致锂离子迁移困难，造成电导率较低。LLZO另一种相结构是立方相，因Li⁺在立方相结构中更容易迁移，故立方相的LLZO一般具有较高的室温离子电导率，可达10^-4～10^-3S/cm。进一步的，立方相结构除了有No.230Ia-3d空间群结构，如Al、Ta、Nb或W等掺杂LLZO，还有一种No.220I-43d空间群结构，即Ga或Fe掺杂的LLZO。在No.220I-43d空间群结构中，Li⁺的迁移路径有了更多选择，故而可以表现出更高的室温离子电导率。因此，LLZO材料会因相结构不同对其室温离子电导率性能造成影响。另一方面，LLZO固体电解质材料作为陶瓷材料的一种，材料的结晶性也会影响材料的离子电导率。

而LLZO固体电解质材料在离子电导率的测试过程对操作人员的要求高，依赖于操作人员的经验，且测试步骤繁琐其中任意步骤操作不当都不能够准确地获得离子电导率的测试结果。因此，如能够快速地对不同结构、不同组分、不同烧结条件下的LLZO材料的室温离子电导率性能进行鉴定，降低操作难度将能够为测试人员进行材料测试选型提供极大的便利。

然而，现有技术中对LLZO材料的室温离子电导率测试，往往需要进行致密块体的制备，然后利用电化学工作站进行测试，虽然其可以得到准确的室温离子电导率的具体数值，但是致密块体的制备不仅制作周期长，而且块体的制备工艺需要精确的工艺参数控制，对经验要求极高，不适合一般人员操作。此外，若想进一步了解具有高室温离子电导率性能的LLZO材料的组分结构，特别是其是否含有Ga或Fe掺杂，则需要另外利用其他化学方法进行鉴定。

发明内容