ЛИЗИКОН - LISICON

Не путать с НАСИКОН.

ЛИЗИКОН является акроним за Литий Sверх яоник ПРОТИВдуктор,[1] который относится к семейству твердых тел с химической формулой Li2 + 2xZn1-хGeO4.

Первый пример этой структуры был обнаружен в 1977 году и дал химическую формулу Li14Zn (GeO4)4. Кристаллическая структура LISICON состоит из сети [Li11Zn (GeO4)4]3- а также 3 слабо связанных Li+. Более слабые связи позволяют ионам лития легко перемещаться с места на место, без необходимости разрывать сильные связи для этого. Кроме того, эта структура образует большие «узкие места» между позициями внедрения, которые занимают эти ионы, дополнительно снижая энергию, необходимую для перемещения с места на место. Эти два фактора позволяют ионам лития быстро и легко диффундировать через структуру. Однако из-за формы каналов, по которым эти ионы лития могут диффундировать, они ограничены двумерной диффузией. Соединения LISICON обладают относительно высокой ионной проводимостью, порядка 10−6 См / см при 25 ° C.[2][3][4][5] LISICON легко реагируют с металлическим литием и атмосферными газами, такими как CO.2; в результате их проводимость со временем уменьшается.[6]

LISICON-подобные материалы

Существуют и другие твердые электролиты типа LISICON, в которых используются другие элементы для достижения более высокой ионной проводимости. Один из таких материалов имеет химическую формулу Li(3 + х)GeИксV(1-х)О4, где значение x находится в диапазоне от 0 до 1. Имеются две композиции: Li3.5Ge0.5V0.5О4 и Ли3.6Ge0.6V0.4О4, имевшие ионную проводимость 4 * 10−5 См / см и 10−5 См / см, что на порядок больше по сравнению с базовой структурой LISICON. Эти материалы обладают хорошей термической стабильностью и стабильны при контакте с CO.2 и окружающая атмосфера, решающая некоторые проблемы, существующие с исходной структурой.[2][7]

Есть материалы с химической структурой Li(4-х)Si(1-х)пИксО4. Это твердый раствор между Li4SiO4 и Ли3PO4. Этот твердый раствор может образовываться во всем диапазоне составов при комнатной температуре. Наибольшая ионная проводимость достигается при составах Li3.5Si0.5п0.5О4 и Ли3.4Si0.4п0.6, с проводимостью порядка 10−6 См / см. Это результат замещения некоторого количества Si4+ для P5+ в решетке, что приводит к добавлению межузельных ионов Li, которые диффундируют намного легче.[8] Ионная проводимость дополнительно улучшается за счет легирования Cl− заменить O2- в решетке. Композиции Ли10.42Si1.5п1.5Cl11.92 и Ли10.42Ge1.5п1.5Cl11.92 достигнута ионная проводимость 1,03 * 10−5 См / см и 3,7 * 10−5 См / см соответственно. Теоретически это связано с расширением «узких мест» между промежуточными точками из-за Cl− ионы меньшего размера, а ослабление ионной связи Li+ ионы, испытываемые из-за более низкой электроотрицательности хлора.[9]

Электропроводность почти в 100 раз выше у тиолизиконов, где кислород заменен на серу, т.е. тиосиликаты.[6] Связь между S2- и Ли+ слабее, чем между O2- и Ли+, с учетом Li+ в структуре сульфида быть гораздо более нормальным, чем его оксидные аналоги. Керамические тио-ЛИСКОН материалы на основе химической формулы Li(4-х)Ge(1-х)пИксS4 являются перспективными электролитическими материалами с ионной проводимостью порядка 10−3 См / м или 10−2 См / м.[2]

Приложения

LISICON могут использоваться в качестве твердого электролита в литиевой основе. Твердотельные батареи,[2] например, твердотельный никель-литиевая батарея. Для этого применения твердые литиевые электролиты требуют ионной проводимости более 10−4 См / см, пренебрежимо малая электронная проводимость и широкий диапазон электрохимической стабильности.[2]

Рекомендации

  1. ^ Хартон, Владислав В. (10 июля 2009 г.). Электрохимия твердого тела I: основы, материалы и их применения. Джон Вили и сыновья. С. 259–. ISBN  978-3-527-62787-5.
  2. ^ а б c d е Чжэн, Фэн; Котобуки, Масаси; Песня, Шуфэн; Лай, человек на; Лу, Ли (15.06.2018). «Обзор твердых электролитов для твердотельных литий-ионных аккумуляторов». Журнал источников энергии. 389: 198–213. Bibcode:2018JPS ... 389..198Z. Дои:10.1016 / j.jpowsour.2018.04.022. ISSN  0378-7753.
  3. ^ Хонг, Х. И-П. (1978-02-01). «Кристаллическая структура и ионная проводимость Li14Zn (GeO4) 4 и других новых суперионных проводников Li +». Бюллетень материаловедения. 13 (2): 117–124. Дои:10.1016/0025-5408(78)90075-2. ISSN  0025-5408.
  4. ^ Alpen, U. v .; Белл, М. Ф .; Wichelhaus, W .; Cheung, K. Y .; Дадли, Дж. Дж. (1978-12-01). «Ионная проводимость Li14Zn (GeO44 (Лизикон)». Electrochimica Acta. 23 (12): 1395–1397. Дои:10.1016/0013-4686(78)80023-1. ISSN  0013-4686.
  5. ^ Mazumdar, D .; Bose, D. N .; Мукерджи, М. Л. (1984-10-01). «Транспортные и диэлектрические свойства лизикона». Ионика твердого тела. 14 (2): 143–147. Дои:10.1016/0167-2738(84)90089-4. ISSN  0167-2738.
  6. ^ а б Кнаут, П. (2009). «Неорганические твердые ионно-литиевые проводники: обзор». Ионика твердого тела. 180 (14–16): 911–916. Дои:10.1016 / j.ssi.2009.03.022.
  7. ^ Kuwano, J .; Уэст, А. Р. (1980-11-01). «Новые ионные проводники Li + в системе Li4GeO4-Li3VO4». Бюллетень материаловедения. 15 (11): 1661–1667. Дои:10.1016/0025-5408(80)90249-4. ISSN  0025-5408.
  8. ^ Hu, Y.-W .; Raistrick, I.D .; Хаггинс, Р. А. (1 августа 1977 г.). «Ионная проводимость твердых растворов ортосиликата лития - фосфата лития». Журнал Электрохимического общества. 124 (8): 1240–1242. Bibcode:1977JELS..124.1240H. Дои:10.1149/1.2133537. ISSN  0013-4651.
  9. ^ Песня, Шуфэн; Лу, Цзя; Чжэн, Фэн; Duong, Hai M .; Лу, Ли (2014-12-22). «Простая стратегия для достижения высокой проводимости и превосходной химической стабильности литиевых твердых электролитов». RSC Advances. 5 (9): 6588–6594. Дои:10.1039 / C4RA11287C. ISSN  2046-2069.