鋰陶瓷可以作為固體電解質(zhì)，用于更強大、更經(jīng)濟的可充電鋰離子電池。挑戰在于找到一種在高溫下不燒結的生產(chǎn)方法。
現在，由美國麻省理工學(xué)院(MIT)和德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TU Munich)領(lǐng)導的一個(gè)研究小組現在開(kāi)發(fā)了一種無(wú)燒結的方法，可以高效、低溫地合成導電晶體形式的這些陶瓷。
(圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò ))
一直以來(lái)，主導著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的因素有兩個(gè)：動(dòng)力(它決定了汽車(chē)的續航里程)和成本。美國能源部旨在加速從汽油動(dòng)力汽車(chē)向電動(dòng)汽車(chē)的過(guò)渡，并制定了到2030年降低生產(chǎn)成本和提高電池能量密度的宏偉目標。這些目標是傳統鋰離子電池無(wú)法實(shí)現的。
制造更小、更輕、更強大、更安全的電池的一個(gè)非常有前途的方法是使用固態(tài)電池，其陽(yáng)極由金屬鋰而不是石墨制成。傳統的鋰離子電池具有液態(tài)有機電解質(zhì)，并使用聚合物膜將陽(yáng)極和陰極分隔開(kāi)。
與之相反，固態(tài)電池的所有組件都是固體。薄陶瓷層同時(shí)充當固體電解質(zhì)和分離器。它對鋰枝晶生長(cháng)引起的危險短路和熱失控都是非常有效的。此外，它們不含易燃液體。
石榴石型固體電解質(zhì)——Li7La3Zr2O12(LLZO)是一種適合于高能量密度電池的陶瓷電解質(zhì)/分離器。這種材料必須在1050°C以上與陰極一起燒結，才能將LLZO轉化為快速導電鋰的立方晶相，使其足夠致密，并牢固地結合到電極上。
然而，超過(guò)600°C的溫度會(huì )破壞可持續的低鈷或無(wú)鈷陰極材料的穩定性，同時(shí)也會(huì )提高生產(chǎn)成本和能耗。需要更經(jīng)濟、更可持續的新生產(chǎn)方法。新研究就在這方面取得了突破，成果已于近期發(fā)表在了“Angewandte Chemie”雜志上。
據悉，他們的新工藝不是基于陶瓷前驅體化合物，而是基于液體前驅體化合物，在順序分解合成中直接致密形成LLZO。為了優(yōu)化這種合成路線(xiàn)的條件，該團隊使用多種方法分析了LLZO從無(wú)定形到所需晶體形式(cLLZO)的多步相變，并制作了時(shí)間-溫度轉變圖。
基于他們對結晶過(guò)程的深入了解，他們開(kāi)發(fā)了一種方法，在相對較低的500°C溫度下，經(jīng)過(guò)10小時(shí)的退火，cLLZO成為致密的固體薄膜，而無(wú)需燒結。對于未來(lái)的電池設計，這種方法將允許將固體LLZO電解質(zhì)與可持續陰極集成，從而避免使用鈷等元素。
1884
0 
分享 0
舉報 0
收藏 0
反對 0
點(diǎn)贊 0
