氧化铝，助固态电池一“壁”之力

$天马新材(SZ838971)$  

研究发现，锂镧锆氧(LLZO)固态电解质其结构有立方相和四方相之分，其中立方相结构的锂离子电导率比四方相高出100倍，可应用于全固态电池中，因此稳定LLZO的立方相结构是保持高离子电导率的关键。

自2007年第一次报道LLZO结构及锂离子电导率时，研究者并未有意添加Al到固态电解质中去，只是偶然发现在氧化铝坩埚中经过较长时间的高温烧结之后，LLZO形成了立方相。

为了证明Al通过高温烧结进入到LLZO中，研究者又设计了一系列实验充分验证了Al稳定LLZO立方相的作用。但是通过坩埚来获得Al元素稳定LLZO立方相，具有随意性，无法控制Al进入到LLZO的量，工作不具有重复性。

于是，研究者们就在LLZO制备初期直接加入氧化铝，意在使得Al进入LLZO体相中稳定LLZO立方相的同时还能提高LLZO的致密度。而提高LLZO致密度的原理是缘于Al2O3可与Li2O在高温下形成液相以助于LLZO的致密化。

在LLZO固态电解质中掺杂氧化铝既能获得更稳定的立方相又能促进LLZO的致密化，体现了氧化铝材料的“强大功能”。但是，LLZO本身在使用过程中还存在一个严峻的问题，就是它极易与空气中的CO2、H2O反应生成副产物LiCO3，致使LLZO离子电导率降低，甚至丧失。

此时，氧化铝再一次发挥了它的能力。中国粉体网了解到，中北大学的科研人员针对上述问题，通过采用一种很特别的先旋涂后烧结的方法，在LLZO表面构筑氧化铝薄膜，借助致密氧化铝薄膜阻隔LLZO与空气的直接接触，改善和提高了LLZO的空气-水稳定性。

结果表明，采用该方法可在LLZO表面构筑厚度约为13.34μm的无定形氧化铝薄膜层。该薄膜层有效提高了LLZO对气体的阻隔性，增大了LLZO表面疏水特性，在一定程度上抑制了Li2CO3的生成。除了该氧化铝薄膜层，另有一部分氧化铝渗入LLZO内部，对孔洞实现了填充，提高了LLZO致密度。表面氧化铝薄膜和孔洞中填充的氧化铝联合对气体的渗透起到了阻隔作用。