Li5AlO4-辅助低温烧结密集的Li7La3Zr2O12固体电解质,具有高临界电流密度
Hao Zhou1, Yongjian Zhou1, Xiaoyi Li1
1International Collaborative Laboratory of 2D Materials for Optoelectronics Science and Technology of Ministry of Education, Institute of Microscale Optoelectronics, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China.
ACS applied materials & interfaces
|January 25, 2024
概括
一种新的烧结助剂Li5AlO4显著降低了生产固态电池的石榴石型固体电解质 (LLZO) 所需的温度. 这一进步提高了LLZO密度,离子导电性和对树突的稳定性,使电池性能更好.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 固态电池 固态电池是什么
背景情况:
- 固态电池 (SSB) 与液体电解质电池相比,提供更高的安全性.
- 石榴石型Li7La3Zr2O12 (LLZO) 是一个有前途的固体电解质 (SE),由于其与阳极的稳定性和高离子导电性.
- 对于LLZO,高烧结温度 (>1200°C) 阻碍了其大规模生产和应用.
研究的目的:
- 引入Li5AlO4作为烧结辅助剂,以降低LLZO陶的加工温度.
- 研究Li5AlO4对LLZO密度,粒度边界特性和整体性能的影响.
- 为了实现高性能固态电池的经济高效的大规模制造.
主要方法:
- 在LLZO陶制剂中加入Li5AlO4作为烧结辅助剂.
- 在降低温度 (例如1050°C) 下使用Li5AlO4对LLZO陶进行烧结.
- 烧结陶的相对密度,离子导电能力和临界电流密度 (CCD) 的表征.
- 对称电池和Li-LFP全电池的制造和测试.
主要成果:
- 在1050°C时用2%重量的Li5AlO4烧结LLZO,实现了>94%的相对密度和6.7 × 10−4 S cm−1.4的离子导电性.
- 这导致了在室温下极好的临界电流密度 (CCD) 1.5 mA cm−2,显著优于1200°C烧结的LLZO.
- 李对称细胞在0.2mA cm-2下2000小时表现出稳定的循环,而Li-LFP全细胞在0.8C下100个周期表现出稳定的循环.
结论:
- Li5AlO4有效降低了超过150°C的LLZO烧结温度,促进了气-液-固体的运输.
- 烧结辅助器增强了谷物边界的完整性,提高了对树脂透的抵抗力.
- 这种方法为可扩展,高性能固态电池制造提供了可行的途径.
