Ti⁴⁺掺杂对Na-β"-Al₂O₃固体电解质电性能的影响

江彬轩，李月明，王竹梅，李志科，沈宗洋

景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院中国轻工业功能陶瓷材料重点实验室江西省能量存储与转换陶瓷材料工程实验室

摘 要：Na-β"-Al2O3固体电解质材料的Na+电导率直接影响着钠硫电池的性能。以提高Na-β"-Al2O3固体电解质材料Na+电导率为目的,利用传统固相反应法,在Li+掺杂作为稳定剂的基础上,加入0%～1. 25%（质量分数）TiO2引入Ti4+,制备Na-β"-Al2O3固体电解质材料。采用X射线衍射（XRD）以及扫描电子显微镜（SEM）对样品进行表征,采用交流阻抗法测试了样品的电导率。实验结果表明,Ti4+掺杂可较大幅度提高Na-β"-Al2O3材料的Na+电导率,原因有三:一是Ti4+掺杂进入Na-β"-Al2O3晶格取代了Al3+,掺杂后抑制了β"相向β相的转变,从而提高β"相的相对含量,且无杂相生成;二是Ti4+掺杂可以降低材料的烧结温度,促进晶粒生长,从而提高了材料的体积密度;三是Ti4+掺杂可以降低材料在高温烧结过程中钠组分的挥发,提高材料的钠含量。其中,在TiO2掺杂量为0. 75%,烧成温度为1575℃,保温0. 5 h条件下,制得的材料性能最佳,电导活化能为0. 1606 eV,离子电导率由未掺杂样品的0. 023 S·cm-1提升至0. 034 S·cm-1。

关键词：固体电解质;Na-β"-Al2O3;离子电导率;Li+掺杂;Ti4+掺杂;