研究人员探讨退火技术 修复降解陶瓷电解质

盖世汽车新闻：锂石榴石固体电解质由于锂枝晶的生长而发生降解。据外媒报道，由日本丰桥工业大学和卡尔加里大学的研究人员组成的联合团队探索了退火处理对此类降解电解质的修复效果。研究发现，退火处理后，固体电解质的离子电导率略低于退火前的值，但在室温下仍保持在10-4 S cm-1以上。电化学结果表明，在另一种类型的全固态锂电池中，由于锂枝晶生长而降解的固体电解质可以重复使用。

Li/Ta LLZO/Li对称电池中的电化学阻抗奈奎斯特图和Ta LZO中的锂枝晶穿透。为了开发更安全、更可靠的下一代全固态锂电池，开发可作为固体电解质的固体无机锂离子导电材料至关重要。在各种氧化物基固体电解质材料中，分子式为Li7La3Zr2O12的石榴石类氧化物因其在室温下具有高的锂离子电导率和优异的热性能而备受关注，能够保持对锂金属的高稳定性。金属锂具有较大的理论重量容量和最低的还原潜力。以锂金属为负极的电池具有高能量密度，但LLZO和锂金属电极之间会形成固体-固体界面，这是一个主要缺陷。在多晶LLZO中，界面连接不良是导致锂镀层不均匀和锂枝晶相互渗透的主要原因。在电池循环过程中，特别是当电流密度高时，其影响尤为突出，可能导致内部短路。

退火前后由锂枝晶引起的Ta LZO降解的图像，以及Ta LLZO的锂离子电导率。以锂金属为负极的全固态电池的开发重点是短路故障预防技术。相反，从有效利用材料资源的角度来看，固态电池发生短路故障后，可以考虑重复使用其中的LLZO。如果LLZO中生长的锂枝晶数量较少，且短路仅发生在一定区域，则可以去除锂枝晶，重复使用LLZO。该研究团队首次探索在Li/Ta LZO/Li对称电池的电化学锂镀/剥离测试中重复使用石榴石型掺杂钽的Ta LLZO陶瓷固体电解质，该电池因锂渗透而短路或退化。在锂枝晶穿孔导致降解之后，从测试电池中移除Ta LLZO，然后使用乙醇移除具有Ta LLZO的锂金属电极。然后，将Ta LLZO置于800和900°C之间？在摄氏度的空气中退火数小时。结果表明，退火后的Ta LLZO的锂离子电导率略低于样品，但在室温下仍能保持在10-4S cm-1以上。退火后，Ta LLZO的电导率略有下降，主要是由于在Ta LLZO端面附近形成的杂质相和结构变化，降解程度取决于锂枝晶的穿透面积。此外，锂电镀/剥离也可以在另一个具有退火的Ta-LZO的对称电池中进行。研究团队认为，优化退火条件可以进一步缓解退火后LLZO锂离子电导率的下降。此外，在这项研究的基础上，可以对LLZO作为其他固态锂电池的固体电解质用于短路或降解的再利用进行进一步探索。

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