卢佳垚等：钙钛矿型锂离子固体电解质L2Sr1-xTi-Nb,O3的性能 ·1027· 2结果与分析 未知杂质相.因此可以得出结论：过多的掺杂不利 于合成立方结构的钙钛矿结构，适当量元素掺杂 2.1材料物相与微观形貌分析 可以进入AB03结构中.图2为y=0.25、0.5、0.6、0.7 图1为L2-Sr1-xTi1-Nb,03(a=3y4,=0.25,0.5, 的拟合XRD图谱，采用的精修软件为Rietica,精 0.6,0.7,0.75,0.8)系列固体电解质的XRD图谱，在 修后的晶胞参数如表1所示.由表可以看出，随着 测试前应对材料进行预处理，使用不同目数的砂 y值的增加，晶胞参数逐渐增加.由文献[20]~[22] 纸对材料的表面进行逐级打磨，其目的是除去表 面因元素挥发生成的杂质相并保证表面平整.由 可知，L通过BO6八面体构成的通道内迁移的，提 高晶胞参数能有效扩大离子迁移通道，更有利于 图1可知，当=0.25、0.5、0.6、0.7时，固体电解质 提高电导率 材料成功合成了具有立方结构的钙钛矿结构，各 衍射峰与SrTiO3标准谱图(PDF#35-0734)相似，其 ◆SreNbioO30 1=0.80 空间群为Pm-3m,并未发现明显的杂质相.随着摩 J-0.75 尔掺杂量的增加，材料的容许因子逐渐减小，造成 掺杂元素不能完全进入钙钛矿结构中相应的位 (ne) 1-=0.70 置.加之，A位摻杂元素Li的离子半径(0.076nm) 1=0.60 要远小于Sr(0.144nm),过多的Li掺杂也不能支 =0.50 撑整个ABO3结构.当Nb的掺杂量y≥0.75时， 4 Nb不能完全进入到钙钛矿型结构中，部分合成了 1-0.25 -PDF#35-0734 SrTiO, 钙钛矿相，部分形成了贫锂的杂质相(Sr6Nb1oO30) Sr6Nb1oOo为贫锂物质将会对固体电解质材料的 20 40 60 80 20m) 锂离子迁移造成阻碍，进一步降低材料的离子电 图1Li2Sr-Ti-,Nb,O3材料的XRD图谱 导率.随着进一步Nb的含量增加，出现了更多的 Fig.1 XRD pattern of Liz-Sri-Ti-Nb,O3 ( b -Observed Ohserved Calculated Calculated Difference Difference Bragg position -Bragg position 0.25 ('n'e)Ausuawu =0.50 10 20 30 405060 70 80 10 20 30 4050 60 70 80 20) 20() (c) (d) -Observed -Observed ·Calculated .Calculated -Difference -Difference Bragg position Bragg position (n'e) 1=0.60 =0.70 20 30 40 50 60 70 0 0 20 30 4050 60 70 2) 26W) 图2Li2Sr1-Ti1-Nb,03(6=34=0.25,0.5,0.6,0.7)的拟合XRD图谱 Fig.2 Fitted XRD patterns of LizSr1-Ti-Nb,O3 (x=3w/4,y=0.25,0.5,0.6,0.7)2    结果与分析 2.1    材料物相与微观形貌分析 图 1 为 Li2x−ySr1−xTi1−yNbyO3 (x=3y/4, y=0.25, 0.5, 0.6, 0.7, 0.75, 0.8) 系列固体电解质的 XRD 图谱，在 测试前应对材料进行预处理，使用不同目数的砂 纸对材料的表面进行逐级打磨，其目的是除去表 面因元素挥发生成的杂质相并保证表面平整. 由 图 1 可知，当 y=0.25、0.5、0.6、0.7 时，固体电解质 材料成功合成了具有立方结构的钙钛矿结构，各 衍射峰与 SrTiO3 标准谱图（PDF#35-0734）相似，其 空间群为 Pm-3m，并未发现明显的杂质相. 随着摩 尔掺杂量的增加，材料的容许因子逐渐减小，造成 掺杂元素不能完全进入钙钛矿结构中相应的位 置. 加之，A 位掺杂元素 Li 的离子半径（0.076 nm） 要远小于 Sr（0.144 nm），过多的 Li 掺杂也不能支 撑 整 个 ABO3 结 构 . 当 Nb 的掺杂 量 y≥0.75 时 ， Nb 不能完全进入到钙钛矿型结构中，部分合成了 钙钛矿相，部分形成了贫锂的杂质相（Sr6Nb10O30）. Sr6Nb10O30 为贫锂物质将会对固体电解质材料的 锂离子迁移造成阻碍，进一步降低材料的离子电 导率. 随着进一步 Nb 的含量增加，出现了更多的 未知杂质相. 因此可以得出结论：过多的掺杂不利 于合成立方结构的钙钛矿结构，适当量元素掺杂 可以进入 ABO3 结构中. 图 2 为 y=0.25、0.5、0.6、0.7 的拟合 XRD 图谱，采用的精修软件为 Rietica，精 修后的晶胞参数如表 1 所示. 由表可以看出，随着 y 值的增加，晶胞参数逐渐增加. 由文献 [20]～[22] 可知，Li+通过 BO6 八面体构成的通道内迁移的，提 高晶胞参数能有效扩大离子迁移通道，更有利于 提高电导率. 20 40 60 2θ/(°) Sr6Nb10O30 y=0.80 y=0.75 y=0.70 y=0.60 y=0.50 y=0.25 PDF#35-0734 SrTiO3 Intensity (a.u.) 80 图 1    Li2x−ySr1−xTi1−yNbyO3 材料的 XRD 图谱 Fig.1    XRD pattern of Li2x−ySr1−xTi1−yNbyO3 10 30 40 20 2θ/(°) y=0.25 Intensity (a.u.) Observed (a) Calculated Difference Bragg position 50 80 60 70 10 30 40 20 2θ/(°) y=0.50 Intensity (a.u.) Observed (b) Calculated Difference Bragg position 50 80 60 70 10 30 40 20 2θ/(°) y=0.60 Intensity (a.u.) Observed (c) Calculated Difference Bragg position 50 80 60 70 10 30 40 20 2θ/(°) y=0.70 Intensity (a.u.) Observed (d) Calculated Difference Bragg position 50 80 60 70 图 2    Li2x−ySr1−xTi1−yNbyO3 (x=3y/4, y=0.25, 0.5, 0.6, 0.7) 的拟合 XRD 图谱 Fig.2    Fitted XRD patterns of Li2x−ySr1−xTi1−yNbyO3 (x = 3y/4, y = 0.25, 0.5, 0.6, 0.7) 卢佳垚等： 钙钛矿型锂离子固体电解质 Li2x−ySr1−xTi1−yNbyO3 的性能 · 1027 ·