鋰鋁鈦磷酸鹽的合成、晶體結構及性質研究

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陳建穎(Chien-Ying Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

化學學系

論文名稱

鋰鋁鈦磷酸鹽的合成、晶體結構及性質研究
(Syntheses, Crystal Structures and Properties of Lithium Aluminum Titanium Phosphates)

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摘要(中)

本論文以高溫高壓水熱法以及溶膠－凝膠法，合成出三個鋰鋁鈦磷酸鹽化合物 Li2+xAl1.18Ti0.82(PO4)3 (A1)、Li1+xAlxTi2-x(PO4)3 (A2) 及 Li1.5Fe0.5Ti1.5(PO4)3 (A3)。藉由單晶 X 光繞射方法鑑定出化合物的晶體結構，以粉末 X 光繞射分析儀確定樣品純度以供後續分析，再以 X 光螢光光譜儀、固態核磁共振儀及電化學阻抗譜等方式進行其他化學及電化學性質的分析。化合物 A1 到 A3 的結構皆以兩個 MO¬6 (M = Al, Ti) 八面體搭配三個 [PO4] 四面體以共角方式連接，組成一燈籠型的結構單元。化合物 A1 為 anti-NASICON 結構的鋰鋁鈦磷酸鹽，空間群皆為 Pbcn (No. 60)，一個燈籠型結構單元與六個相同的結構單元連接，為一個反平行結構，其中鋰離子坐落在六員環孔洞中；化合物 A2、A3為 NASICON 結構的鋰鋁鈦磷酸鹽，空間群皆為 R3 ̅c (No. 167)，一個燈籠型結構單元與四個相同的結構單元連接，為一個平行結構，其中鋰離子坐落在八員環孔洞中。將 A3 作為電解質材料，具有較好的導電性並且結構安定不崩解，離子導電度可達到 8.7 × 10-4 S/ cm，將 A2 單晶作為微電極進行導電度測量，離子導電度可達到 7.07 × 10-4 S/cm，可與液態電解質 LA25 相匹敵。

摘要(英)

Three lithium aluminum titanium phosphates, Li2+xAl1.18Ti0.82(PO4)3 (A1), Li1+xAlxTi2-x(PO4)3 (A2) and Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3 (A3) were synthesized by the high-temperature, high-pressure hydrothermal method and sol-gel method. A1 were structurally characterized by powder and single X-ray diffraction, A2 and A3 were structurally characterized by powder X-ray diffraction. These compounds were further characterized by TXRF, EDS and 7Li NMR. A2 and A3 were analyzed for electrochemical properties.
　　Compound A1, A2 and A3 all consist of MO6 octahedral which are corner-shared with [PO4] tetrahedral. Two MO6 octahedra and three [PO4] tetrahedra are connected to form a lantern unit. Compound A1 has an anti-NASICON structure in which the lantern units are connected in an anti-parallel way. The Li+ cations are located at sites in the six-membered rings. Compound A2 and A3 both adopt the NASICON structure in which the lantern units are connected in a parallel way. The Li+ cations are located at sites in the eight-membered rings. Compound A3 shows a bulk conductivity of 8.7 × 10-4 S·cm-1. Microcontact impedance study on a single of A2 shows a very good conductivity of 7.07 × 10-3 S·cm-1 which is comparable to that of the liquid electrolyte LA25.

關鍵字(中)

★ 水熱合成法
★ 溶膠凝膠法
★ 鋰鋁鈦磷酸鹽
★ 電化學研究

關鍵字(英)

論文目次

摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 VI
附錄之表目錄 XI
第一章　緒論 1
1-1 簡介 1
1-1-1 鋰電池簡介 1
1-1-2 鋰電池電解質簡介 5
1-2 研究目標 8
1-3 合成方法 9
1-3-1 常見固態化合物合成方法 9
1-3-2 水熱合成法 9
1-3-3 溶膠－凝膠法 13
1-3-4 藥品一覽表 16
1-4 鑑定方法 17
1-4-1 儀器測量方法 17
1-4-2 單晶X光繞射與結構解析 18
1-4-3 粉末X光繞射與結構解析 (PXRD) 24
1-4-4 X光能量散佈分析 (EDS) 25
1-4-5 全反射式X光螢光光譜儀 (TXRF) 26
1-4-6 固態核磁共振光譜儀 (Solid State NMR) 27
1-5 研究成果概論 29
第二章　鋰鋁鈦磷酸鹽化合物 30
2-1 簡介 30
2-2 實驗條件 37
2-2-1 Li2+xAl1.18Ti0.82(PO4)3 (A1) 合成條件 37
2-2-2 Li1+xAlxTi2-x(PO4)3 (A2) 合成條件 38
2-2-3 Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3 (A3) 合成條件 39
2-3 單晶結構解析 41
2-3-1 Li2+xAl1.18Ti0.82(PO4)3 (A1) 單晶 X 光結構解析 41
2-4 結構描述 43
2-4-1 Li2+xAl1.18Ti0.82(PO4)3 (A1) 結構描述 43
2-4-2 Li1+xAlxTi2-x(PO4)3 (A2) 結構描述 46
第三章　結果與討論 52
3-1 粉末 X 光繞射圖譜分析 (PXRD) 52
3-1-1 化合物 A1 粉末 X 光繞射圖譜分析 52
3-1-2 化合物 A2 粉末 X 光繞射圖譜分析 53
3-1-3 化合物 A3 粉末 X 光繞射圖譜分析 54
3-2 全反射式X光螢光光譜儀 (TXRF) 56
3-3 X 光能量散佈光譜分析 (EDS) 58
3-4 固態核磁共振光譜儀 (NMR) 60
3-5 電性測量 61
3-5-1 電解質的製作 61
3-5-3 鋰電池組裝 63
3-5-4 A3 導電度測量 65
3-5-5 A2 單晶導電度測量 68
3-5-6 純固態電解質電容量測量 71
3-5-7 液態鋰電池中隔離膜的替換 74
第四章　結論 77
參考文獻 79
附錄　晶體結構解析資料表 81

參考文獻

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指導教授

李光華

審核日期

2016-7-13

推文