Хімія, фізика та технологія поверхні, 2016, 7 (4), 389-394.

Синтез плівок Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 зі структурою NASICON методом «tаpecasting»



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp07.04.389

B. O. Linova, S. D. Kobylianska, A. G. Bilous, A. V. Ragulya, I. O. Dulina

Анотація


Вперше методом «tapecasting» були синтезовані товсті плівки Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3, які кристалізуються в структуру NASICON. Плівкоутворюючий розчин був отриманий на основі попередньо синтезованих золь-гель методом наночастинок, які змішували з органічними реагентами. Плівки наносили на підкладки з α-Al2O3, піддавали їх ізостатичному пресуванню з наступною термообробкою. Дослідження структурних та морфологічних характеристик показало, що максимально щільна плівка досягається при малій швидкості нагріву (20°С/год) та при дії ізостатичного ламінування, і її Li-йонна провідність становить 5.6∙10-6 Ом-1∙см-1.

Ключові слова


фосфат титану-алюмінію-літію Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3; структура NASICON; метод «tapecasting»; товсті плівки; ізостатичне ламінування; золь-гель метод

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


1. Tarascon J.-M., Armand M. Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries. Nature. 2001. 414: 359. https://doi.org/10.1038/35104644 

2. Melot B.C., Tarascon J.-M. Design and preparation of materials for advanced electrochemical storage Acc. Chem. Res. 2013. 46(5): 1226. https://doi.org/10.1021/ar300088q 

3. Visco S.J., Nimon E., De Jonghe L.C. Secondary batteries: metal-air systems lithium-air. In: Encyclopedia of electrochemical power sources. (Amsterdam: Elsevier, 2009). https://doi.org/10.1016/B978-044452745-5.00184-2 

4. Ji D.X., Tae L.K., Nazar L.F. Challenges of lithium-sulfur and lithium-air cells:old chemistry, new advances. In: Scalable energy storage: beyond lithiumion. (San Jose, USA: Almaden Institute, 2009).

5. Bruce P.G., Freunberger S.A., Hardwick L.J., Tarascon J.-M. LiO2 and LiS batteries with high energy storage. Nat. Mater. 2012. 11(1): 19. https://doi.org/10.1038/nmat3191 

6. Cho K.I., Lee S.H., Cho K.H., Dong W.S., Yang K.S. Li2O-B2O3-P2O5 solid electrolyte for thin film batteries. J. Power Sources. 2006. 163(1): 223. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.02.011 

7. Abdel-Baki M., Salem A.M., Abdel-Wahab F.A., El-Diasty F. Bond character, optical properties and ionic conductivity of Li2O/B2O3/SiO2/Al2O3 glass: Effect of structural substitution of Li2O for LiCl. J. Non-Cryst. Solids. 2008. 354(40–41): 4527. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2008.07.003 

8. Money B.K., Hariharan K. Relation between structural and conductivity relaxation in PEO and PEO based electrolytes. Solid State Ionics. 2008. 179(27–32): 1273. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2007.12.068 

9. Knauth P. Inorganic Solid Li Ion Conductors: An Overview. Solid State Ionics. 2009. 180(14–16): 911. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2009.03.022 

10. Takada K., Inada T., Kajiyama A., Hideki S., Shigeo K., Mamoru W., Masahiro M., Ryoji K. Solid-state lithium battery with graphite anode. Solid State Ionics. 2003. 158(3–4): 269. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(02)00823-8 

11. Kotobuki M., Isshiki Y., Munakata H., Kanamura K. All-solid-state lithium battery with a three-dimensionally ordered Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3 electrode. Electrochim. Acta. 2010. 55(22): 68. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2010.05.074 

12. Arbi K., Mandal S., Rojo J.M., Sanz J. Dependence of ionic conductivity oncomposition of fast ionic conductors Li1+xTi2−xAlx(PO4)3, 0≤x≤0.7. A parallel NMR and electric impedance study. Chem. Mater. 2002. 14(3): 1091. https://doi.org/10.1021/cm010528i 

13. Aono H., Sugimoto E., Sadaoka Y., Imanaka N., Adachi G. The electrical properties of ceramic electrolytes for Li1+xMxTi2-x(PO4)3 + yLi2O, M = Ge, Sn, Hf and Zr systems. J. Electrochem. Soc. 1993. 140(7): 1827. https://doi.org/10.1149/1.2220723 

14. Adachi G., Imanaka N., Aono H. Fast Li+ conducting ceramic electrolytes. Adv. Mater. 1996. 8 (2): 127. https://doi.org/10.1002/adma.19960080205 

15. J. Fu. Superionic conductivity of glass-ceramics in the system Li2O-Al2O3-TiO2-P2O5. Solid State Ionics. 1997. 96(3–4): 195. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(97)00018-0 

16. Arbi K., Rojo J.M., Sanz J. Lithium mobility in titanium based Nasicon Li1+xTi2−xAlx(PO4)3 and LiTi2−x Zrx(PO4)3 materials followed by NMR and impedance spectroscopy. J. Eur. Ceram. Soc. 2007. 27(13–15): 4215. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2007.02.118 

17. Dominik Ju., Henryk R., Leszek G. Cold chemical lamination of ceramic green tapes. J. Eur. Ceram. Soc. 2009. 29(4): 703 – 709. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2008.07.035 

18. Park H.-Gu, Moon H., Park S.-Ch., Lee J.-J., Yoon D., Hyun S.-H., Kim D.-H. Performance improvement of anode-supported electrolytes for planar solid oxide fuel cells via a tape-casting/lamination/co-firing technique. J. Power Sources. 2010. 195(9): 2463. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2009.11.086 

19. Dominik Ju., Leszek G. Low pressure thermocompressive lamination. J. Eur. Ceram. Soc. 2012. 32(10): 2431. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2011.12.033 

20. Mistler R.E., Twiname E.R. Tape Casting: Theory and Practice. (Wiley, 2000).

21. Hsiue G.H., Chu L.W., Lin I.N. Optimized phosphate ester structure for the dispersion of nano-sized barium titanate in proper non-aqueous media. Colloids Surf., A. 2007. 294(1–3): 212 – 220. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2006.08.013 

22. Chen J., Udayakumar K.R., Brooks K.G., Cross L.E. Rapid thermal annealing of sol-gel derived lead zirconate titanate thin films. J. Appl. Phys. 1992. 71(9): 4465. https://doi.org/10.1063/1.350789 

23. Kang S.J., Park Y.J., Sung J., Jo P.S., Park Ch., Kim K.J., Cho B.O. Spin cast ferroelectric beta poly(vinylidene fluoride) thin films via rapid thermal annealing. Appl. Phys. Lett. 2008. 92(1): 5433. https://doi.org/10.1063/1.2830701 

24. Doreau F., Tari G., Guedes M., Chartier T., Pagnoux C. Mechanical and lamination properties of alumina green tapes obtained by aqueous tape-casting. J. Eur. Ceram. Soc. 1999. 19(16): 2867. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(99)00052-7 




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp07.04.389

Copyright (©) 2016 B. O. Linova, S. D. Kobylianska, A. G. Bilous, A. V. Ragulya, I. O. Dulina