中國粉體網訊 研究發現，石榴石型鋰鑭鋯氧(Li7La3Zr2O12，LLZO)結構有立方相和四方相之分，其中立方相結構的鋰離子電導率比四方相高出100倍，達10-4S·cm，可應用于全固態電池中，因此穩定LLZO的立方相結構是保持高離子電導率的關鍵。
最早被提出穩定LLZO的是元素Al，自2007年第一次報道LLZO結構及鋰離子電導率時，Murugan等研究者并未有意添加Al，只是在氧化鋁坩堝中經過較長時間的高溫燒結，LLZO形成了立方相。
為了證明Al通過高溫燒結進入到LLZO中，Jee等設計了在氧化鋁坩堝中放置圓柱形的素胚，用谷堆狀的LLZO粉包埋素胚高溫燒結，然后測量距離坩堝底部不同高度的LLZO的相、Al元素含量及離子電導率。
研究結果表明，隨著與坩堝底部距離越遠，其Al含量越低，離子電導率也越低。對燒成的圓柱形LLZO根據與底部的距離劃分為不同的區域，然后測試相，靠近底部的為立方相，隨著距離的增加，立方相減少，四方相增多，充分證明了Al穩定LLZO立方相的作用。
由于Al極易與Li2O發生反應，從而使得LLZO中摻雜了鋁元素，形成立方結構。但是通過坩堝來獲得Al元素穩定LLZO立方相，具有隨意性，無法控制Al進入到LLZO的量，工作不具有重復性。
Jeffrey Sakamoto等研究表明，當摻雜量較低時(0.2wt.%，0.7wt.%)，形成的是四方相和立方相的混合相；當摻雜量達到1.2wt.%時，立方相形成，當摻雜量過高時(2.5wt.%)，會產生La3AlO3不純相，但測試阻抗發現該不純相對于電導率并沒有很大的影響，因此每摩爾LLZO至少需要0.204molAl才能使得LLZO結構保持為立方相。
對于Al摻雜LLZO，不同的制備方法和高溫固相法中不同的燒結制度對LLZO的離子電導率的影響已經有很多的研究，但是通過溶膠凝膠法或者共沉淀法得到的鋰離子電導率都偏低，特別是相對致密度較低；而高溫固相法中燒結制度對于不同的研究者，不同的設備、不同的燒結環境表現出不同的影響，因此無法從燒結制度直接關聯鋰離子電導率。
研究表明，Al2O3可與Li2O在高溫下形成液相會有助于LLZO的致密化，而Al2O3相對于其它摻雜元素其原料易得，可直接降低固態電解質的成本。因此可在LLZO形成初期直接加入Al2O3，意在使得Al可進入LLZO體相中穩定LLZO立方相的同時提高LLZO的致密度。
資料來源：薛雯娟：石榴石型鋰離子固態電解質的研究，重慶大學
（中國粉體網編輯整理/平安）
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