Синтез и характеристика твердого электролита LLZTO методом твердотельного шарового измельчения
DOI:
https://doi.org/10.18321/cpc23(2)163-171Ключевые слова:
твердый электролит, LLZTO, ионная проводимость, гранатовый тип, рентгеновская дифракция, СЭМАннотация
Быстрое развитие электронных устройств и систем хранения энергии требует разработки безопасных, долговечных и высокопроизводительных компонентов аккумуляторов. Одной из ключевых задач в этой области является замена легковоспламеняющихся жидких электролитов более стабильными и надежными неорганическими твердыми электролитами. Среди различных кандидатов литий-лантан-цирконий-танталовый оксид гранатового типа (LLZTO) появился как многообещающий материал благодаря своей превосходной химической стабильности и высокой ионной проводимости. В этом исследовании мы представляем синтез и характеристику твердого электролита LLZTO, полученного с использованием метода твердотельной шаровой мельницы. Готовый LLZTO продемонстрировал четко определенную структуру зерна с размером частиц от 3 до 5 микрометров. Электрохимический анализ выявил ионную проводимость порядка 10⁻⁵ См·см⁻¹ при комнатной температуре, что демонстрирует его потенциал для применения в твердотельных литий-ионных аккумуляторах. Эти результаты вносят вклад в продолжающиеся усилия по разработке более безопасных и эффективных решений для хранения энергии, прокладывая путь к технологиям аккумуляторов следующего поколения.Библиографические ссылки
(1) X. Sun, et al., Technology development of electric vehicles: A review, Energies 13 (2019) 0090. Crossref
(2) A. Prabhakaran, et al., Design and development of an intelligent zone based master electronic control unit for power optimization in electric vehicles, Sci. Rep. 14 (2024) 70580. Crossref
(3) Y. Horowitz, et al., Between Liquid and All Solid: A Prospect on Electrolyte Future in Lithium-Ion Batteries for Electric Vehicles, Energy Technol. 8 (2020) 2000580. Crossref
(4) F. Zheng, et al., Review on solid electrolytes for all-solid-state lithium-ion batteries, J. Power Sources 389 (2018) 198–213. Crossref
(5) S. Kundu, et al., Recent development in the field of ceramics solid-state electrolytes: I–oxide ceramic solid-state electrolytes, J. Solid State Electrochem. 26 (2022) 1809–1838.
(6) N. Tolganbek, et al., Enhancing purity and ionic conductivity of NASICON-typed Li₁.₃Al₀.₃Ti₁.₇(PO₄)₃ solid electrolyte, Ceram. Int. 47 (2021) 18188–18195. Crossref
(7) S. Chen, et al., Sulfide solid electrolytes for all-solid-state lithium batteries: Structure, conductivity, stability and application, Energy Storage Mater. 14 (2018) 58–74. Crossref
(8) S. Wang, et al., Interfacial challenges for all-solid-state batteries based on sulfide solid electrolytes, J. Materiomics 7 (2021) 209–218. Crossref
(9) C. Wang, et al., Garnet-Type Solid-State Electrolytes: Materials, Interfaces and Batteries, Chem. Rev. 120 (2020) 4257–4300. Crossref
(10) J.S. Lv, et al., Modification strategies of Li₇La₃Zr₂O₁₂ ceramic electrolyte for high-performance solid-state batteries, Tungsten 3 (2021) 260–278. Crossref
(11) M. Jia, et al., Comprehensive investigation into garnet electrolytes toward application-oriented solid lithium batteries, Electrochem. Energy Rev. 3 (2020) 656–689. Crossref
(12) Y. Li, et al., Garnet electrolyte with an ultralow interfacial resistance for Li-metal batteries, J. Am. Chem. Soc. 140 (2018) 6448–6455. Crossref
(13) J.M. Weller, et al., Observation of elemental inhomogeneity and its impact on ionic conductivity in Li-conducting garnets prepared with different synthesis methods, Adv. Energy Sustain. Res. 2 (2021) 2000109. Crossref
(14) F. Shen, et al., A simple and highly efficient method toward high-density garnet-type LLZTO solid-state electrolyte, ACS Appl. Mater. Interfaces 12 (2020) 30313–30319. Crossref
(15) W. Guo, et al., Preparation of transparent LLZTO electrolyte and its application in the observation of Li dendrite, Ceram. Int. 48 (2022) 18949–18955. Crossref
(16) H. Zheng, et al., Influence of dry- and wet-milled LLZTO particles on the sintered pellets, J. Am. Ceram. Soc. 106 (2023) 274–284. Crossref
(17) Y. Li, et al., Effect of Al-Mo codoping on the structure and ionic conductivity of sol-gel derived Li₇La₃Zr₂O₁₂ ceramics, Ionics 24 (2018) 3305–3315. Crossref
(18) J.M. Weller, et al., Nonaqueous polymer combustion synthesis of cubic Li₇La₃Zr₂O₁₂ nanopowders, ACS Appl. Mater. Interfaces 12 (2020) 953–962. Crossref
(19) S. Ramakumar, et al., Lithium garnets: Synthesis, structure, Li⁺ conductivity, Li⁺ dynamics and applications, Prog. Mater. Sci. 88 (2017) 325–411. Crossref
(20) X. Huang, et al., Preparation of dense Ta-LLZO/MgO composite Li-ion solid electrolyte: Sintering, microstructure, performance and the role of MgO. J. Energy Chem. 39 (2019) 8–16. Crossref
(21) E. Il’ina. et al., Recent Strategies for Lithium-Ion Conductivity Improvement in Li₇La₃Zr₂O₁₂ Solid Electrolytes. Int. J. Mol. Sci. 24 (2023) 12905. Crossref
(22) Z. Wang, et al., Synthesis of lithium garnet oxides of the compositions series Li₇₋ₓLa₃Zr₂₋ₓTaₓO₁₂. J. Wuhan Univ. Technol. Mater. Sci. Ed. 32 (2017) 1261–1264. Crossref
(23) R. Inada, et al., Synthesis and properties of Al-free Li₇₋ₓLa₃Zr₂₋ₓTaₓO₁₂ garnet related oxides. Solid State Ion. 262 (2014) 568–572. Crossref
(24) H. Yang, et al., Ionic conductivity and ion transport mechanisms of solid-state lithium-ion battery electrolytes: A review. Energy Sci. Eng. 10 (2022) 1643–1671. Crossref
(25) T. Alam, et al., Review on Impurity and Conductivity Issues of Garnet Type Li₇La₃Zr₂O₁₂: Mechanisms, Solutions, and Perspectives. Energy Fuels 37 (2023) 15267–15282. Crossref
(26) Z. Zhang, et al., An all-solid-state lithium battery using the Li₇La₃Zr₂O₁₂ and Li₆.₇La₃Zr₁.₇Ta₀.₃O₁₂ ceramic enhanced polyethylene oxide electrolytes with superior electrochemical performance. Ceram. Int. 46 (2020) 11397–11405. Crossref
(27) S. Wang, et al., Optimized Lithium Ion Coordination via Chlorine Substitution to Enhance Ionic Conductivity of Garnet-Based Solid Electrolytes. Small 20 (2024) 2309874. Crossref
(28) Y. Gong, et al., Effect of sintering process on the microstructure and ionic conductivity of Li₇₋ₓLa₃Zr₂₋ₓTaₓO₁₂ ceramics. Ceram. Int. 45 (2019) 18439–18444. Crossref
(29) A.Y. Sang, et al., Preparation and Characterization of Ta-substituted Li₇La₃Zr₂₋ₓO₁₂ Garnet Solid Electrolyte by Sol-Gel Processing. J. Korean Ceram. Soc. 54 (2017) 332–339. Crossref
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Как цитировать
