锆酸镧锂固态电解质合成过程多因素影响

作者：雷蕾; 高鹏; 冯娜娜; 蔡坤鹏; 张海; 张扬^*

来源：储能科学与技术, 2023, 12(05): 1625-1635.

DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0646

• 固态电解质
• 化学共沉淀
• 高温烧结
• 铝掺杂
• 球磨

本工作采用化学共沉淀方法合成石榴石型Li7La3Zr2O12(LLZO)固态电解质，借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学阻抗谱分析等系统研究了制备过程中烧结工艺、球磨、Al元素掺杂及压片压力等参数对样品颗粒尺寸、立方相稳定、致密化行为以及最终固态电解质锂离子电导率的影响。研究结果表明，热压烧结或湿法球磨均有利于提高固态电解质片的致密度，但样品的最终离子电导率受晶相结构影响表现不佳，相比而言干法球磨、常压烧结能够很好地合成立方相c-LLZO且结构中的杂相随温度升高而减少。为了解决随温度升高产生的颗粒粗化问题，由两步烧结代替一步烧结获得小粒径、高致密度固态电解质，同时增强了Al掺杂离子的稳定结构作用。最终，干法球磨、经750 MPa冷压成型、1100℃×6 h-1200℃×20 h两步烧结获得的Al掺杂LLZO电解质离子电导率最高，达1.52×10-4 S/cm，这是其稳定立方结构和高致密度形貌共同作用的结果。本研究有助于推动陶瓷材料的制备与应用，为固态电池技术研发提供指导。

• 单位
  清华大学山西清洁能源研究院; 清华大学