LiAlSiO4-AlPO4 고용체, Li1-xAlSi1-xPxO4 (0≤x≤1)에서의 결정구조와 이온 전도 상관관계 연구
Study of correlation between crystal structure and ionic conductivity of LiAlSiO4-AlPO4 solid solution, Li1-xAlSi1-xPxO4 (0≤x≤1)
초록/요약
LiAlSiO4-AlPO4 고용체인 Li1-xAlSi1-xPxO4 (0≤x≤1)를 고상법으로 합성하고, 방사광 X-선 회절(SXRD)와 분말 X-선 회절(PXRD)과 FT-IR과 SEM-EDS를 통해 결정구조를 규명하였다. 고용체 합성은 이온반경이 Si보다 상대적으로 작은 P의 비율이 증가하기 때문에 단위격자의 부피가 작아지게 되고 x가 0.6 이후부터 AlPO4이 합성되는 것을 확인하였다. Li1-xAlSi1-xPxO4 (0≤x≤0.9) 화합물의 이온 전도도는 x가 0.1에서 0.9 순으로 1.33×10-5 S/cm, 7.13×10-5 S/cm, 1.47×10-4 S/cm, 3.57×10-4 S/cm, 3.08×10-4 S/cm, 3.89×10-4 S/cm, 1.88×10-4 S/cm, 5.66×10-5 S/cm, 2.66×10-5 S/cm 2.71×10-6 S/cm를 가지고 있으며, 활성화에너지는 0.48 eV, 0.68 eV, 0.75 eV, 0.68 eV, 0.67 eV, 0.69 eV, 0.69 eV, 0.59 eV, 0.59 eV, 0.57 eV임을 확인하였다. Li1-xAlSi1-xPxO4의 0≤x≤0.5 간격에서는 x가 증가할수록 Li1-xAlSi1-xPxO4 고용체의 소결도가 좋아지게 되어 이온전도 특성이 좋아지고, 산소와의 결합길이가 Si보다 상대적으로 짧은 P가 증가하면서 Si/P 결합길이가 줄어들게 된다. 이에 Li-O 결합길이는 증가하게 되면서 Li과 O의 상호작용이 약해져 Li의 활성화에너지가 낮아지게 되는 것이다. x가 증가할수록 단위격자의 부피가 줄어들게 되는데 이 과정에서 Li이 이동하는 Li 이온 채널의 부피가 감소하여 단위격자의 부피가 줄어들게 된다. 채널의 부피가 줄어들면서 Li과 Li 사이의 거리가 짧아지게 되고, 그에 따라 Li이 이동하기 위한 활성화 에너지가 낮아지게 된다. 이러한 요인들로 인해 x가 증가할수록 이온전도도가 좋아지는 현상을 구조분석과, BVLM을 통해 예측하였다. 반면, 0.5≤x≤0.9 간격에서는 x=0.5를 기점으로 x가 증가할수록 이온전도도가 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 이는 x가 0.6부터 Si4+자리에 P5+가 들어가지 못하고 이온전도 특성이 없는 AlPO4가 생성되기 시작하면서 이온전도 특성이 감소하게 되는 것이다. 이러한 복합적인 요인들로 인해 Li1-xAlSi1-xPxO4 (0≤x≤1)에서 가장 이온전도도가 높은 화합물은 x=0.5인 Li0.5AlSi0.5P0.5O4으로 확인되었다
more초록/요약
LiAlSiO4-AlPO4 (0≤x≤1), a solid solution of LiAlSiO4-AlPO4, were synthesized by solid state method. Crystal structure of solid solution were identified through powder X-ray diffraction (PXRD), synchrotron X-ray diffraction (SXRD), SEM-EDS, FT-IR. Since the proportion of P increases with a smaller ion radius than Si, the volume of the unit cell decreases with increasing proportion of x. Li1-xAlSi1-xPxO4 (0.1≤x≤0.9) compound lithium ion conductivity is 1.33×10-5 S/cm, 7.13×10-5 S/cm, 1.47×10-4 S/cm, 3.57×10-4 S/cm, 3.08×10-4 S/cm, 3.89×10-4 S/cm, 1.88×10-4 S/cm, 5.66×10-5 S/cm, 2.66×10-5 S/cm 2.71×10-6 S/cm and activation energy is 0.48 eV, 0.68 eV, 0.75 eV, 0.68 eV, 0.67 eV, 0.69 eV, 0.69 eV, 0.59 eV, 0.59 eV, and 0.57 eV. At intervals of 0≤x≤0.5 of . Li1-xAlSi1-xPxO4, as x increases, the sintering degree of Li1-xAlSi1-xPxO4 solid solution improves. The length of the P-O bond, which is relatively shorter than Si-O, increases, and the length of the Si/P-O bond decreases. This increases the length of the Li-O bond, weakening the interaction between Li and O and lowering the activation energy of Li. Due to lowering the activation energy of Li, ionic conductivity is better and a shorter. it As x increases, the unit cell volume volume decreases. In this process, the volume of the Li ion channel through which Li moves is reduced, thereby decreasing unit cell volume. As the volume of the channel decreases, the distance between Li and Li is shortened, thereby lowering the activation energy for Li to move. Due to these factors, the ionic conductivity was improved by x and structural analysis and BVLM. On the other hand, it can be seen that in the interval 0.5≤x≤0.9, This will cause the ionic conductivity to decline as x begins to produce AlPO4 with no ionic conductivity from 0.6. Due to these complex factors, the compound with the highest ion conductivity at Li1-xAlSi1-xPxO4 (0≤x≤1) was identified as Li0.5AlSi0.5P0.5O4 with x = 0.5.
more목차
목차
논문요약 i
그림 목차 iv
표 목차 vi
1. 서론 1
1.1 고체 전해질 연구동향 1
1.2 β - eucryptite, LiAlSiO4 5
2. 실험 방법 9
2.1 Li1-xAlSi1-xPxO4 (0≤x≤1) 합성 9
2.2 분말 X-선 회절 분석 9
2.3 퓨리에 변환 적외선 분광 분석 10
2.4 SEM-EDS 분석 10
2.5 임피던스 측정 11
3. 결과 및 고찰 12
3.1 결정 구조 분석 12
3.2 이온 전도 특성 39
4. 결론 58
5. 참고문헌 63
Abstract 66
