钨掺杂石榴石型固体电解质的好处

为了进一步提高石榴石型固体电解质——Li7La3Zr2O12（LLZO）的烧结稳定性、性能一致性以及抑制锂枝晶生长，中国科学院上海硅酸盐研究所郑楚均研究员向其中掺杂了钨（W）元素和钽（Ta）元素，形成LLZT-2LWO。

图片来源：ChujunZheng/materialstoday

众所周知，相对于液态锂电池来说，固态锂电池拥有更大的能量密度、更好的循环性能和更高的安全性能，因此深受储能和动力电池领域的高度关注。不过，高温烧结过程中，氧化锂（LixO）的挥发会导致LLZO密度下降和异常晶粒生长。另外，由于锂枝晶沿着晶界和互连孔传播，LLZO更容易在循环过程中形成锂枝晶，显示出较低的临界电流密度。为了解决上述的问题，开发具有均匀晶粒尺寸和良好晶界接触的高质量LLZO是很重要的。

郑楚均研究员采用了钨和钽元素提高了LLZO的性能。W和Ta可取代LLZO的Zr元素，引入更多锂空位并稳定立方相。钨酸锂（Li2WO4，LWO）作为W源引入到Ta掺杂LLZO（LLZT）形成LLZT-2LWO。研究表明，加入LWO后，LLZT-2LWO的离子电导率为0.6mS/cm，相对密度为 98.67%；LLZT-2LWO 在0.5 mA/cm2下实现了300小时的长循环稳定性，表现出优异的枝晶抑制能力。

使用LWO添加剂的好处是：1）低熔点LWO可以降低LLZT的烧结温度以及改变LLZO的晶界移动能力，避免异常晶粒生长，从而拓宽烧结温度范围；2）可作为烧结助剂，并提供内部Li2O气氛补。使用Ta添加剂的好处是：Ta掺杂LLZO具有良好的空气稳定性、机械强度、较高的室温锂离子电导率和热稳定性。

该研究工作为固态锂电池开辟了新的机遇，有利于规模化生产。

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