【原創】氧化鋁，助固態電池一“壁”之力

中國粉體網訊  研究發現，鋰鑭鋯氧(LLZO)固態電解質其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，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。

自2007年第一次報道LLZO結構及鋰離子電導率時，研究者并未有意添加Al到固態電解質中去，只是偶然發現在氧化鋁坩堝中經過較長時間的高溫燒結之后，LLZO形成了立方相。

為了證明Al通過高溫燒結進入到LLZO中，研究者又設計了一系列實驗充分驗證了Al穩定LLZO立方相的作用。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。

于是，研究者們就在LLZO制備初期直接加入氧化鋁，意在使得Al進入LLZO體相中穩定LLZO立方相的同時還能提高LLZO的致密度。而提高LLZO致密度的原理是緣于Al₂O₃可與Li₂O在高溫下形成液相以助于LLZO的致密化。

在LLZO固態電解質中摻雜氧化鋁既能獲得更穩定的立方相又能促進LLZO的致密化，體現了氧化鋁材料的“強大功能”。但是，LLZO本身在使用過程中還存在一個嚴峻的問題，就是它極易與空氣中的CO₂、H₂O反應生成副產物LiCO₃，致使LLZO離子電導率降低，甚至喪失。

此時，氧化鋁再一次發揮了它的能力。中國粉體網了解到，中北大學的科研人員針對上述問題，通過采用一種很特別的先旋涂后燒結的方法，在LLZO表面構筑氧化鋁薄膜，借助致密氧化鋁薄膜阻隔LLZO與空氣的直接接觸，改善和提高了LLZO的空氣-水穩定性。

結果表明，采用該方法可在LLZO表面構筑厚度約為13.34μm的無定形氧化鋁薄膜層。該薄膜層有效提高了LLZO對氣體的阻隔性，增大了LLZO表面疏水特性，在一定程度上抑制了Li₂CO₃的生成。除了該氧化鋁薄膜層，另有一部分氧化鋁滲入LLZO內部，對孔洞實現了填充，提高了LLZO致密度。表面氧化鋁薄膜和孔洞中填充的氧化鋁聯合對氣體的滲透起到了阻隔作用。

參考來源：

[1]楊彥飛等：Li7La₃Zr₂O₁₂基氧化鋁薄膜的制備及對固態電解質應用性能的影響，中北大學化學與化工學院

[2]薛雯娟：石榴石型鋰離子固態電解質的研究，重慶大學

[3]中國粉體網：氧化鋁應用于LLZO固態電解質的“坎坷歷程”

（中國粉體網編輯整理/平安）

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