鎢摻雜石榴石型固體電解質的好處

爲了進一步提高石榴石型固體電解質——Li7La3Zr2O12（LLZO）的燒結穩定性、性能一致性以及抑制鋰枝晶生長，中國科學院上海矽酸鹽研究所鄭楚均研究員向其中摻雜了鎢（W）元素和鉭（Ta）元素，形成LLZT-2LWO。

（圖源：ChujunZheng/materialstoday）

衆所周知，相對于液態鋰電池來說，固態鋰電池擁有更大的能量密度、更好的循環性能和更高的安全性能，因此深受儲能和動力電池領域的高度關注。不過，高溫燒結過程中，氧化鋰（LixO）的揮發會導致LLZO密度下降和异常晶粒生長。另外，由于鋰枝晶沿著晶界和互連孔傳播，LLZO更容易在循環過程中形成鋰枝晶，顯示出較低的臨界電流密度。爲了解决上述的問題，開發具有均勻晶粒尺寸和良好晶界接觸的高質量LLZO是很重要的。

鄭楚均研究員采用了鎢和鉭元素提高了LLZO的性能。W和Ta可取代LLZO的Zr元素，引入更多鋰空位幷穩定立方相。鎢酸鋰（Li2WO4，LWO）作爲W源引入到Ta摻雜LLZO（LLZT）形成LLZT-2LWO。研究表明，加入LWO後，LLZT-2LWO的離子電導率爲0.6mS/cm，相對密度爲 98.67%；LLZT-2LWO 在0.5 mA/cm2下實現了300小時的長循環穩定性，表現出優异的枝晶抑制能力。

使用LWO添加劑的好處是：1）低熔點LWO可以降低LLZT的燒結溫度以及改變LLZO的晶界移動能力，避免异常晶粒生長，從而拓寬燒結溫度範圍；2）可作爲燒結助劑，幷提供內部Li2O氣氛補。使用Ta添加劑的好處是：Ta摻雜LLZO具有良好的空氣穩定性、機械强度、較高的室溫鋰離子電導率和熱穩定性。

該研究工作爲固態鋰電池開闢了新的機遇，有利于規模化生産。

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