锂镧锆氧(LLZO)基固态锂电池界面关键问题研究进展

作者：翟朋博; 常冬梅; 毕志杰; 赵宁; 郭向欣^*

来源：储能科学与技术, 2022, 11(09): 2847-2865.

DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0097

• 石榴石型固体电解质
• 固-固界面
• 电荷传输
• 界面调控
• 固态锂电池

与目前采用有机电解液的商业化锂离子电池相比，引入固体电解质的固态锂电池在同时提升电池能量密度和安全性方面具有巨大潜力，成为开发下一代锂电池的重点。在众多固体电解质材料中，石榴石型的锂镧锆氧(Li7La3Zr2O12,LLZO)凭借高锂离子电导率、优异的对锂稳定性和宽电化学窗口等优点受到广泛关注。然而，LLZO的引入带来诸多界面之间的突出问题，例如固固界面的物理接触、应力应变、电荷重新排布以及电化学稳定性等。这些问题不仅是影响电池性能的关键因素，而且带来了很多新的物理化学现象需要深入研究。因此，本文从LLZO基固体电解质与电极之间的外部界面和固体电解质及复合电极内部界面两个角度入手，依据本课题组多年的研究积累，结合领域内最新研究动态，详细讨论了：(1)LLZO基固体电解质粉体材料表面碳酸锂(Li2CO3)的形成原因、对电化学性能的影响以及克服这一问题的手段；(2)LLZO基固体电解质层内部界面调控对锂离子电导率及电池电化学性能的影响；(3)LLZO/Li界面特性及Li在LLZO基陶瓷电解质中贯穿生长，深入探讨了诱导Li析出和生长的电场、电荷、应力应变等作用机制；(4)复合正极内部界面问题及其与电解质层外部接触界面的一体化构筑方法。希望通过本文对LLZO固态锂电池界面问题的关键科学和技术的分析总结，为构筑高导通高稳定界面，推动高性能固态锂电池发展提供思路。

• 单位
  山东理工职业学院; 青岛大学