哈工大黄永宪EnSM: 固态锂电池均质石榴石型电解质中的快速锂离子传输路径

使用固态电解质（SSE）的固态锂电池（SSLB）因其令人满意的安全性和高能量密度而备受关注。对于进一步的实际应用，石榴石型Li_6.5La₃Zr_1.5Ta_0.5O₁₂(LLZTO) SSE较低的室温离子电导率（通常为˂1×10^-3 S·cm^-1）仍然是一个重大挑战。

在此，哈尔滨工业大学黄永宪教授等人采用一种新的固态烧结策略，通过引入La₂O₃纳米颗粒促进晶粒的均匀分布，并沿晶界构建3D连续的锂离子输运网络。La₂O₃纳米颗粒作为第二相，抑制LLZTO晶粒的异常生长，减少孔隙缺陷以提高相对密度。

通过将过量的La₂O₃纳米粒子与气态Li₂O结合而合成LaLiO₂锂离子导体，提供了连续的离子通路并提高锂离子的电导率。锂离子电导率达到1.1×10^-3 S·cm^-1（比纯LLZTO电解质高64%），相对密度为98.1%。

图1. 样品的烧结过程示意图和拉曼测量结果

验证实验表明，具有LiFePO₄正极的SSLB实现了优异的稳定循环性能，在室温下600次长期循环 (0.5 C) 后具有128.8 mAh g^-1的高放电容量和超过 99% 的库仑效率。

这项工作提供了一种可行的固态烧结方法，可以为SSLB的未来应用创建具有高性能的SSE。

图2. 固态Li/LFP电池的电化学性能

Fast Li-ion transport pathways via 3D continuous networks in homogeneous garnet-type electrolyte for solid-state lithium batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.09.00

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哈工大黄永宪EnSM: 固态锂电池均质石榴石型电解质中的快速锂离子传输路径

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