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Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)基氧化铝薄膜的制备及对固态电解质应用性能的影响
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作者 杨彦飞 陈志萍 +2 位作者 张立新 杨晓峰 刘烨昕 《化学研究与应用》 CAS 北大核心 2024年第5期1040-1047,共8页
Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)具有离子电导率高、电化学窗口宽、与锂负极相容性好的特点,在锂离子电池领域成为了传统有机液态电解质的潜在替代品。然而,LLZO极易与空气中的CO_(2)、H_(2)O反应生成副产物Li_(2)CO_(3),致使LLZO离子... Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)具有离子电导率高、电化学窗口宽、与锂负极相容性好的特点,在锂离子电池领域成为了传统有机液态电解质的潜在替代品。然而,LLZO极易与空气中的CO_(2)、H_(2)O反应生成副产物Li_(2)CO_(3),致使LLZO离子电导率降低,甚至丧失。针对这一问题,本研究采用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与空气的直接接触的特性,改善和提高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Li_(2)CO_(3)的生成。同时,由于渗入LLZO中氧化铝对空隙的填充作用,强化了离子传输特性,使负载薄膜后LLZO的离子传导的活化能从0.40 eV降低至0.28eV,离子电导率从4.48×10^(5)S·cm^(-1)提高到5.06×10^(-5)S·cm^(-1),提高了13%。 展开更多
关键词 li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12) 固态电解质 氧化铝薄膜 透气性 离子电导率 活化能
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石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质离子电导率及电极界面问题研究进展
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作者 滕雅男 柳欢 +2 位作者 徐薇 白杰 李春萍 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期2109-2122,共14页
石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固态电解质因高安全性且对锂金属稳定成为固态锂电池的关键材料。但是,石榴石型固态电解质离子电导率还有待提高以及固-固界面不良接触导致的界面电阻大等问题使LLZO基固态电池的实际应用受到了... 石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固态电解质因高安全性且对锂金属稳定成为固态锂电池的关键材料。但是,石榴石型固态电解质离子电导率还有待提高以及固-固界面不良接触导致的界面电阻大等问题使LLZO基固态电池的实际应用受到了限制。从石榴石型LLZO结构角度出发,探讨了锂离子输运机制并综述了提高离子电导率的策略及最新成果。针对固态锂电池无法避免的界面问题,从LLZO固态电解质与同为固态的电极接触方面,总结了优化界面的具体方法。最后,提出了石榴石型固态电解质未来可研究的方向,并促进其在全固态锂电池中的发展和应用。 展开更多
关键词 固态锂电池 li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12)电解质 离子电导率 电解质/电极界面
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低成本Nb掺杂Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质的性能与应用研究
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作者 冯玉川 张鑫 +2 位作者 王明辉 何泓材 林元华 《电子元件与材料》 CAS 北大核心 2024年第7期764-771,共8页
固态电池因其在能量密度、循环寿命和安全性等方面的优异性能受到关注。其核心组件为固态电解质材料。具有石榴石结构的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)氧化物固态电解质由于具备宽电化学窗口、良好的离子传导性、稳定的化学性能及简单... 固态电池因其在能量密度、循环寿命和安全性等方面的优异性能受到关注。其核心组件为固态电解质材料。具有石榴石结构的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)氧化物固态电解质由于具备宽电化学窗口、良好的离子传导性、稳定的化学性能及简单的制备工艺等特点而得到广泛研究。本研究采用Nb元素对LLZO进行掺杂,成功制备得到Li_(6.75)La_(3)Zr_(1.75)Nb_(0.25)O_(12)(LLZNO)氧化物固态电解质,其离子电导率达到了7.79×10^(-4)S/cm,且制备成本与未掺杂的LLZO相比无明显增加。将其涂覆在聚乙烯(PP)隔膜表面形成PP-LLZNO隔膜,表现出良好的热稳定性和离子电导率。与Al_(2)O_(3)涂覆隔膜或固态电解质Li_(6.75)La_(3)Zr_(1.75)Ta_(0.25)O_(12)(LLZTO)涂覆隔膜组装的电池相比,组装了PP-LLZNO涂覆隔膜的扣式电池和软包电池的容量保持率分别达到了84.99%(50圈)和57.40%(100圈),展现出更优异的性能。因此,高离子电导率和低成本LLZNO的制备对固态电解质的大规模生产及在固态电池中的广泛应用具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 固态电池 li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12) Nb掺杂 固态电解质涂覆隔膜 软包电池
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双掺杂提升Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)锂离子传导能力
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作者 赵珍珍 方泽成 +3 位作者 张宇 张昊俊 向兴 杨海涛 《中国陶瓷》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期17-22,共6页
Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固体电解质由于优越的综合性能,而极有可能应用于全固态锂电池。但其较低的锂离子电导率影响了电池性能。为进一步提高其锂离子传导能力,采用一定量Ga掺杂锂位将其稳定为立方相,并将不同半径的Cr^(3+),Sc... Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固体电解质由于优越的综合性能,而极有可能应用于全固态锂电池。但其较低的锂离子电导率影响了电池性能。为进一步提高其锂离子传导能力,采用一定量Ga掺杂锂位将其稳定为立方相,并将不同半径的Cr^(3+),Sc^(3+),Gd^(3+)分别掺杂锆位,并研究它们对LLZO结构及性能的影响。结果表明,Ga,Sc共掺时制备的Li_(6.4)Ga_(0.25)La_(3)Zr_(1.85)Sc_(0.15)O_(12)具有最高的室温离子电导率,可达1.20×10^(-3 )S/cm,而活化能仅为0.22 eV。 展开更多
关键词 固体电解质 锂镧锆氧 锂离子迁移 掺杂
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石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态锂金属电池的界面问题研究进展 被引量:4
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作者 张赛赛 赵海雷 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期863-871,共9页
固态锂金属电池具有高能量密度、高安全性、宽工作温度范围、长服役寿命等优势,是下一代锂电池体系的重要发展方向之一。作为典型的氧化物固态电解质,Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)具有锂离子电导率高、电化学窗口较宽、机械强度高和... 固态锂金属电池具有高能量密度、高安全性、宽工作温度范围、长服役寿命等优势,是下一代锂电池体系的重要发展方向之一。作为典型的氧化物固态电解质,Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)具有锂离子电导率高、电化学窗口较宽、机械强度高和热稳定性好等优点,因此LLZO固态锂金属电池受到业界的广泛关注。但是,LLZO固态锂金属电池还存在锂枝晶穿透固态电解质生长造成电池短路、电解质/电极界面电阻过高等问题,影响其实际应用。这些问题与LLZO的显微结构特征、正极材料与LLZO的化学和电化学相容性、正极与电解质的界面结合性、金属锂负极对LLZO的浸润性等因素有关。本文总结了以上问题的解决策略。对于正极侧,通过活性颗粒表面包覆、三维固态电解质界面构筑、柔性聚合物或凝胶电解质中间层引入、正极活性颗粒与柔性或黏性离子传导材料复合等手段,可改善正极与LLZO的相容性,并降低正极界面电阻。对于负极界面,消除LLZO电解质表面碳酸锂、引入反应活性或柔性中间层、调控金属锂负极组成等方法,可改善锂对LLZO的浸润性,降低负极界面电阻。最后,本文对未来研究和发展方向给出了建议。 展开更多
关键词 li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12) 石榴石固态电解质 固态电池 电化学窗口 界面
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石榴石型固态电解质Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)的改性研究现状 被引量:2
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作者 李金瑶 董生德 +1 位作者 马路祥 周园 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2022年第8期2871-2878,共8页
固态电解质是高安全性、高能量密度的全固态锂电池的核心部件,其典型代表Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)具有高离子电导率、高机械强度、高电化学稳定性、低界面阻抗以及对锂金属负极良好的稳定性等优势,是科研人员重点关注的对象之一... 固态电解质是高安全性、高能量密度的全固态锂电池的核心部件,其典型代表Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)具有高离子电导率、高机械强度、高电化学稳定性、低界面阻抗以及对锂金属负极良好的稳定性等优势,是科研人员重点关注的对象之一,但与液态电解质相比,目前LLZO仍存在低离子电导率和与电极固-固界面接触等问题。本文主要简介了LLZO的晶体结构、改性方式等对其离子电导率及界面阻抗的影响,同时对LLZO现存的问题进行了总结,对LLZO的未来发展方向进行了展望,为探索全固态锂电池的实际生产应用提供理论指导。 展开更多
关键词 固态电解质 li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12) 全固态锂电池 晶体结构 离子电导率 界面阻抗
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Mo,Al掺杂的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)基复合固态电解质的制备及全固态电池性能研究 被引量:2
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作者 易永利 于冉 +2 位作者 李武 金翼 戴哲仁 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1490-1499,共10页
通过固态电解质构建的全固态锂离子电池具有极高的安全性及可靠性,是目前锂离子电池领域的研究热点。其中复合固态电解质既改善了聚合物电解质力学性能差、离子电导率低等缺点又解决了无机固态电解质的界面接触等问题。本文通过溶胶-凝... 通过固态电解质构建的全固态锂离子电池具有极高的安全性及可靠性,是目前锂离子电池领域的研究热点。其中复合固态电解质既改善了聚合物电解质力学性能差、离子电导率低等缺点又解决了无机固态电解质的界面接触等问题。本文通过溶胶-凝胶法制备了掺杂了Al、Mo的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)粉体,并将其与PEO(聚环氧乙烷)复合,利用溶液浇筑法制备了不同比例的复合固态电解质,考察其在全固态电池中的性能。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)等测试手段对Li_(6.65)Al_(0.05)La_(3)Zr_(1.9)Mo_(0.1)O_(12)粉体以及复合固态电解质进行了材料表征。同时利用电化学工作站、电池充放电测试系统测试了复合固态电解质在全固态电池中的应用性能。与纯PEO电解质相比,复合15%Li_(6.65)Al_(0.05)La_(3)Zr_(1.9)Mo_(0.1)O_(12)的电解质电化学窗口为4.79V,可以在0.2mA/cm^(2)下稳定循环500h,在0.1C倍率下,循环100圈容量保持率为89.9%。 展开更多
关键词 复合固态电解质 聚环氧乙烷 li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12) 掺杂 全固态锂电池
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Ta、Ba共掺杂石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)电解质的制备及性能研究 被引量:1
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作者 申奥 周嘉诚 +3 位作者 谢殿臣 江雪 马树成 罗亚历 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2022年第9期3279-3287,共9页
传统锂离子电池采用有机电解液体系,能量密度难以进一步提升,同时存在一定的安全隐患。采用无机固体电解质构建全固态锂电池,在提高电池能量密度同时可兼顾安全性问题。在众多无机固体电解质中,Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)石榴石电... 传统锂离子电池采用有机电解液体系,能量密度难以进一步提升,同时存在一定的安全隐患。采用无机固体电解质构建全固态锂电池,在提高电池能量密度同时可兼顾安全性问题。在众多无机固体电解质中,Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)石榴石电解质具有离子电导率高、与金属锂接触稳定等优势,成为受人关注的材料。为了进一步提高该材料的导电性,采用固相法合成Ta、Ba共掺杂LLZO(Li_(7-x+y)La_(3-y)Ba_(y)Zr_(2-x)Ta_(x)O_(12))电解质,采用X射线衍射、扫描电子显微镜和电化学阻抗法分析样品的物相结构、微观形貌及离子电导率。结果表明,Ta^(5+)掺杂能够稳定立方相结构,Ba^(2+)作为掺杂剂和烧结剂,促进晶粒生长和陶瓷致密化,从而降低总电阻。其中,Li_(6.45)La_(2.95)Ba_(0.05)Zr_(1.4)Ta_(0.6)O_(12)样品在室温下的总电导率为1.07×10^(-3) S·cm^(-1),活化能为0.378 eV。Ta^(5+)/Ba^(2+)共掺杂有利于制备高致密度和高电导率的石榴石型电解质材料。 展开更多
关键词 固体电解质 石榴石 li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12) 掺杂 致密度 电导率
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Structural,electronic,and Li-ion mobility properties of garnet-type Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12) surface:An insight from first-principles calculations
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作者 王靖轩 孙宝珍 +2 位作者 李梅 吴木生 徐波 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第6期652-659,共8页
Garnet-type Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO) is a promising solid-state electrolyte for Li-ion batteries,but Li-dendrite's formation greatly limits the applications.In this paper,we systematically investigate the st... Garnet-type Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO) is a promising solid-state electrolyte for Li-ion batteries,but Li-dendrite's formation greatly limits the applications.In this paper,we systematically investigate the stability,electronic properties,and Li-ion mobility of the LLZO surface by the ifrst-principles calculations.We consider the(110) and(001) slab structures with different terminations in the t-and c-LLZO.Our results indicate that both(110) and(001) surfaces prefer to form Li-rich termination due to their low surface energies for either t-or c-LLZO.Moreover,with the decrease of Li contents the stability of Li-rich surfaces is improved initially and degrades later.Unfortunately,the localized surface states at the Fermi level can induce the formation of metallic Li on the Li-rich surfaces.In comparison,Li/La-termination has a relatively low metallic Li formation tendency due to its rather low diffusion barrier.In fact,Li-ion can spontaneously migrate along path II(Li3→Li2) on the Li/La-T(001) surface.In contrast,it is more difficult for Li-ion diffusion on the Li-T(001) surface,which has a minimum diffusion barrier of 0.50 eV.Interestingly,the minimum diffusion barrier decreases to 0.34 eV when removing four Li-ions from the Li-T(001) surface.Thus,our study suggests that by varying Li contents,the stability and Li-ion diffusion barrier of LLZO surfaces can be altered favorably.These advantages can inhibit the formation of metallic Li on the LLZO surfaces. 展开更多
关键词 solid-state electrolyte li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12)(LLZo)surface li-ion migration first-principles calculations
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固态电解质锂镧锆氧(Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12))制备及第一性原理研究 被引量:1
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作者 王镇江 盖琪欣 +2 位作者 王云婷 姜兴涛 梁兴华 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2021年第4期143-149,共7页
固态电解质(SSE)是锂离子电池(LIB)的关键材料.Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固体电解质是全固态锂离子电池开发中的关键部分.采用高温固相法制备了不同烧结温度后的四方Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(t-LLZO)和立方Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(... 固态电解质(SSE)是锂离子电池(LIB)的关键材料.Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固体电解质是全固态锂离子电池开发中的关键部分.采用高温固相法制备了不同烧结温度后的四方Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(t-LLZO)和立方Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(c-LLZO),分析了两种样品的结构性能.800℃下烧结12小时的t-LLZO呈四方相,晶格尺寸为a=b=13.13064,c=12.66024,离子电导率为3.42×10^(-8) S·cm^(-1);1000℃下烧结12小时的c-LLZO呈立方相,晶格尺寸为a=b=c=13.03544,离子电导率为8.48×10^(-5) S·cm^(-1).另基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了四方相和立方相的LLZO固体电解质材料的能带结构、晶格参数、态密度和键布居.通过理论计算解释了四方相LLZO离子电导率低于立方相LLZO的原因. 展开更多
关键词 li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12) 第一性原理 电导率 固态电解质 电子结构
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硅掺杂石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固体电解质的制备及性能表征
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作者 黄晓东 王庆伟 +1 位作者 刘萌 金广辉 《中国稀土学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期503-508,共6页
石榴石型固体电解质Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)因为具有高的锂离子电导率、宽的化学窗口和良好的锂金属稳定性而被广泛研究。为进一步提高其电化学性能,得到稳定立方相结构,本文采用高温固相法制备出Si掺杂LLZO(Li_(7)La_(3)Zr_(2-... 石榴石型固体电解质Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)因为具有高的锂离子电导率、宽的化学窗口和良好的锂金属稳定性而被广泛研究。为进一步提高其电化学性能,得到稳定立方相结构,本文采用高温固相法制备出Si掺杂LLZO(Li_(7)La_(3)Zr_(2-x)Si_(x)O_(12))固体电解质。探究了Si掺杂量x对烧结陶瓷片的物相组成、晶体结构、微观形貌、相对密度、锂离子电导率和电导活化能的影响。结果表明,随着Si掺杂量x的增加,Li_(7)La_(3)Zr_(2-x)Si_(x)O_(12)烧结陶瓷片的气孔减少,相对密度增加,锂离子电导率随着Si掺杂量x的增加呈现出先上升后下降的趋势。当Si掺杂量x=0.24时,Li_(7)La_(3)Zr_(2-x)Si_(x)O_(12)烧结陶瓷片的锂离子电导率达到了最大值4.86×10^(-4)S·cm^(-1),电导活化能达到了最低值为0.32 eV。 展开更多
关键词 固体电解质 li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12) 锂离子电导率 Si掺杂
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基于第一性原理计算的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质的研究进展 被引量:2
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作者 陶梦琴 蔡振飞 +2 位作者 吴慧敏 马扬洲 宋广生 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期8067-8077,共11页
Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质具备高离子电导率、对锂金属负极良好的化学稳定性以及宽电化学窗口等特点,被视为最具发展和应用前景的固态电解质之一。基于密度泛函理论计算的第一性原理计算是从量子力学出发,在电子层面计算个体... Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质具备高离子电导率、对锂金属负极良好的化学稳定性以及宽电化学窗口等特点,被视为最具发展和应用前景的固态电解质之一。基于密度泛函理论计算的第一性原理计算是从量子力学出发,在电子层面计算个体和总体的电子和原子行为。将第一性原理计算与Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质研究相结合可以在原子尺度上预测和解释电解质材料的性质和行为,同时将计算和系统模型相结合有助于解释该电池系统复杂的实验表征结果。概括了第一性原理计算在Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质中的应用,总结Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)的电子结构和晶体结构等微观结构特征,分析了锂负极与电解质的接触角、锂离子的迁移以及电解质热力学性质等物理化学性质,最后对第一性原理计算在固态电解质研究的未来方向进行展望。 展开更多
关键词 全固态锂离子电池 li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12)固态电解质 第一性原理计算 锂离子迁移
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固态无机电解质Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)的改性研究进展 被引量:4
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作者 卢超 李明明 +3 位作者 吴小强 安旭光 孔清泉 王小炼 《无机盐工业》 CAS CSCD 北大核心 2021年第11期10-16,113,共8页
作为一种固态无机电解质材料,石榴石型立方相Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)具有较高的室温锂离子电导率、较宽的电化学窗口和优良的热稳定性等特点,是高安全性、高能量密度固态锂离子电池实现商业化应用的关键。阐述了Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(... 作为一种固态无机电解质材料,石榴石型立方相Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)具有较高的室温锂离子电导率、较宽的电化学窗口和优良的热稳定性等特点,是高安全性、高能量密度固态锂离子电池实现商业化应用的关键。阐述了Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)的晶体结构与锂传导机理,综述了元素掺杂、聚合物电解质复合、烧结助剂引入、表面包覆或修饰等方式对Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)的物相结构稳定性、界面阻抗与相容性、烧结活性、离子电导率等进行改性的最新研究进展。最后,针对Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)在产业化应用中所面临的障碍与挑战,提出了制备新工艺的开发、离子电导率的多重改性以及柔性复合电解质膜的结构设计与优化等应对策略,为推动高性能固态锂离子电池的发展提供依据。 展开更多
关键词 li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12) 锂离子电池 固态电解质 离子电导率
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From protonation & Li-rich contamination to grain-boundary segregation: Evaluations of solvent-free vs. wet routes on preparing Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12) solid electrolyte 被引量:2
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作者 Xiao Huang Yang Lu +4 位作者 Yajun Niu Jiawen Tang Yongjian Zhou Yan Yang Bingbing Tian 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第10期223-239,I0005,共18页
Garnet-type Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO) has been recognized as a candidate solid electrolyte for high-safety Lianode based solid-state batteries because of its electro-chemical stability against Li-metal and high i... Garnet-type Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO) has been recognized as a candidate solid electrolyte for high-safety Lianode based solid-state batteries because of its electro-chemical stability against Li-metal and high ionic conductivity. Solvent(e.g., isopropanol(IPA)) has been commonly applied for preparing LLZO powders and ceramics. However, the deterioration of the proton-exchange between LLZO and IPA/absorbed moisture during the mixing and tailoring route has aroused less attention. In this study, a solvent-free dry milling route was developed for preparing the LLZO powders and ceramics. For orthogonal four categories of samples prepared using solvent-free and IPA-assisted routes in the mixing and tailoring processes, the critical evaluation was conducted on the crystallinity, surficial morphology, and contamination of ascalcinated and as-tailored particles, the cross-sectional microstructure of green and sintered pellets,the morphology and electro-chemical properties of grain boundaries in ceramics, as well as the interfacial resistance and performance of Li anode based symmetric batteries. The wet route introduced Li-rich contaminations(e.g., Li OH·H)_(2)O and Li)_(2)CO)_(3)) onto the surfaces of LLZO particles and Li-Ta-O segregations at the adjacent and triangular grain boundaries. The LLZO solid electrolytes prepared through dry mixing in combination with the dry tailoring route without the use of any solvent were found to the optimal performance. The fundamental material properties in the whole LLZO preparation process were found, which are of guiding significance to the development of LLZO powder and ceramic production craft. 展开更多
关键词 li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12) Solid electrolyte Solvent-free procedure Ion-exchange Grain boundary Fundamental material properties
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Duality of Li_(2)CO_(3) in Solid-State Batteries
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作者 Xuerui Yi Yong Guo +4 位作者 Siyuan Pan Yiqiao Wang Sijia Chi Shichao Wu Quan-Hong Yang 《Transactions of Tianjin University》 EI CAS 2023年第1期73-86,共14页
Solid-state batteries(SSBs)have been considered the most promising technology because of their superior energy density and safety.Among all the solid-state electrolytes(SEs),Li_(7) La_(3) Zr_(2) O_(12)(LLZO)with high ... Solid-state batteries(SSBs)have been considered the most promising technology because of their superior energy density and safety.Among all the solid-state electrolytes(SEs),Li_(7) La_(3) Zr_(2) O_(12)(LLZO)with high ionic conductivity(3×10^(−4) S/cm)has been widely investigated.However,its large-scale production in ambient air faces a challenge.After air exposure,the generated Li_(2)CO_(3) layer deteriorates the ionic conductivity and interfacial wettability,thus greatly compromising the electrochemical performance of SSBs.Many works aim to eliminate this layer to recover the pristine LLZO surface.Unfor-tunately,few articles have emphasized the merits of Li_(2)CO_(3).In this review,we focus on the two-sidedness of Li_(2)CO_(3).We discuss the various characteristics of Li_(2)CO_(3) that can be used and recapitulate the strategies that utilize Li_(2)CO_(3).Insulating Li_(2)CO_(3) is no longer an obstacle but an opportunity for realizing intimate interfacial contact,high air stability,and outstand-ing electrochemical performance.This review aims to off er insightful guidelines for treating air-induced Li_(2)CO_(3) and lead to developing the enhanced air stability and electrochemical performance of LLZO. 展开更多
关键词 Solid-state battery GARNET li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12) li_(2)Co_(3)
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基于第一性原理的石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质的设计与合成 被引量:1
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作者 梁兴华 吴希 +3 位作者 吴秋满 李鑫旗 毛杰 方志杰 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1956-1963,共8页
基于密度泛函理论(DFT)的第一原理方法计算了四方相和立方相中2种不同的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固体电解质材料的能带结构,晶格参数,态密度和成键特性。基于理论计算结果,通过电子结构特性解释了四面体相的离子电导率低于立方... 基于密度泛函理论(DFT)的第一原理方法计算了四方相和立方相中2种不同的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固体电解质材料的能带结构,晶格参数,态密度和成键特性。基于理论计算结果,通过电子结构特性解释了四面体相的离子电导率低于立方相的离子电导率的原因。基于LLZO的第一性原理计算,设计了2种晶体结构的LLZO材料,并通过高温固相法制备并分析了不同烧结时间的LLZO颗粒的性能。探索了合成工艺参数对Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)性能的影响。立方晶Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(C-LLZO)的平均晶格大小为a=b=c=1.302 246 nm,而四方Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(T-LLZO)的平均晶格大小为a=b=1.313 064 nm,c=1.266 024 nm。在1000℃下烧结12 h的C-LLZO为纯立方相,在室温(25℃)下最大离子电导率为9.8×10^(-5) S·cm^(-1)。T-LLZO在室温(25℃)下的离子电导率为5.96×10^(-8) S·cm^(-1),在800℃下烧结6 h具有纯的四方相结构,与计算结果基本吻合。 展开更多
关键词 石榴石li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12) 第一性原理 电子结构 固态电解质 离子电导率
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Al-incorporation into Li7La3Zr2O12 solid electrolyte keeping stabilized cubic phase for all-solid-state Li batteries 被引量:4
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作者 Changbin Im Dongwon Park +1 位作者 Hosung Kim Jaeyoung Lee 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第5期1501-1508,共8页
We observe the influence of AI occupancies in Li sites on the formation process of the garnet solid elec- trolyte of Li_7La_3Zr_2O_12 (LLZO). A direct incorporation of AI is first promoted in a Li-insufficient garne... We observe the influence of AI occupancies in Li sites on the formation process of the garnet solid elec- trolyte of Li_7La_3Zr_2O_12 (LLZO). A direct incorporation of AI is first promoted in a Li-insufficient garnet solid electrolyte during the calcination process of 850 ℃ and then the cubic phase of LLZO is obtained after successive annealing step of 1000 ℃. Comparing to pristine LLZO, AI incorporated LLZO shows less formation of Li_2CO_3, keeping crystallographic and physicochemical properties. This AI incorporation im- proves both the ionic conductivity and interfacial resistance to poisoning procedure. 展开更多
关键词 li_7la_3zr_2o_12 AI incorporation Garnet solid electrolyte Cubic phase
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Room-temperature ionic conductivity of Ba,Y,Al co-doped Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)solid electrolyte after sintering 被引量:5
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作者 Xiao-Zhen Liu Lei Ding +3 位作者 Yu-Ze Liu Li-Ping Xiong Jie Chen Xiao-Long Luo 《Rare Metals》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第8期2301-2306,共6页
The Ba,Y and A1 co-doped Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)was prepared by the solid-state reaction method.Effect of sintering on the crystallographic structure,morphology,total conductivity,relative density and contracti... The Ba,Y and A1 co-doped Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)was prepared by the solid-state reaction method.Effect of sintering on the crystallographic structure,morphology,total conductivity,relative density and contractibility rate of the prepared solid electrolyte was studied,respectively.The sintered samples were characterized by X-ray diffractometer(XRD),scanning electron microscopy(SEM),electrochemical impedance spectra(EIS)and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry(ICP-AES)techniques,respectively.The cubic garnet phase Ba,Y and Al co-doped LLZO is obtained,and the room-temperature total conductivity of the Ba,Y and Al co-doped LLZO solid electrolyte is improved significantly by eliminating the grain boundary resistances and improving the densifications with controlling sintering temperature(T)and time(t),respectively.Sintering at 1160-1190℃for 12 h and at 1190℃for6-15 h,respectively,the Ba,Y and Al co-doped LLZO solid electrolytes are cubic garnet phase.Sintering at1180-1190℃for 12 h and at 1190℃for 12-18 h,respectively,SEM images of the cross section of the Ba,Y and Al co-doped LLZO solid electrolytes exhibit the distinctively flattened morphology without any noticeable grain boundaries.The total conductivity,relative density and contractibility rate of Li_(6.52)La_(2.98)-Ba_(0.02)Zr_(1.9)Y_(0.1)Al_(0.2)O_(12)solid electrolyte are 2.96×10^(-4) S·cm^(-1),94.19%and 18.61%,respectively. 展开更多
关键词 Solid electrolyte Ionic conductivity SINTERING li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12) Garnet
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Modification strategies of Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12) ceramic electrolyte for high-performance solid-state batteries 被引量:2
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作者 Jian-Shuai Lv Shao-Ke Guo Yan-Bing He 《Tungsten》 2021年第3期260-278,共19页
Enormous research focusing on solid-state electrolyte promotes the development of solid-state batteries.Compared to lithium-ion batteries using liquid electrolyte,the solid-state batteries feature the hi gh energy den... Enormous research focusing on solid-state electrolyte promotes the development of solid-state batteries.Compared to lithium-ion batteries using liquid electrolyte,the solid-state batteries feature the hi gh energy density and non-flammability,which accelerates the revolution in portable electronics and transportation.Garnet-type Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)solid-state electrolyte is considered as the promising solid-state electrolyte due to high ionic conductivity,Li transference number and shear modulus.However,surface contaminant and poor contact with lithium inhibit its practical application in lithium metal batteries.The review provides a brief introduction about structure and properties of LLZO.Then,we conclude the modification strategies for increasing ionic conductivity,enhancing interfacial contact and inhibiting lithium dendrite.At last,the challenge and perspectives are discussed for development of LLZO in solid-state batteries. 展开更多
关键词 li_(7)la_(3)zr_(2)o_(12) Surface contaminant Elemental doping Interface modification Structure design Tungsten
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Defect chemistry engineering of Ga-doped garnet electrolyte with high stability for solid-state lithium metal batteries
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作者 陈思汗 黎俊 +5 位作者 刘可可 孙笑晨 万京伟 翟慧宇 唐新峰 谭刚健 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第8期560-567,共8页
Ga-doped Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(Ga-LLZO)has long been considered as a promising garnet-type electrolyte candidate for all-solid-state lithium metal batteries(ASSLBs)due to its high room temperature ionic conductivit... Ga-doped Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(Ga-LLZO)has long been considered as a promising garnet-type electrolyte candidate for all-solid-state lithium metal batteries(ASSLBs)due to its high room temperature ionic conductivity.However,the typical synthesis of Ga-LLZO is usually accompanied by the formation of undesired LiGaO_(2) impurity phase that causes severe instability of the electrolyte in contact with molten Li metal during half/full cell assembly.In this study,we show that by simply engineering the defect chemistry of Ga-LLZO,namely,the lithium deficiency level,LiGaO_(2) impurity phase is effectively inhibited in the final synthetic product.Consequently,defect chemistry engineered Ga-LLZO exhibits excellent electrochemical stability against lithium metal,while its high room temperature ionic conductivity(~1.9×10^(-3)S·cm^(-1))is well reserved.The assembled Li/Ga-LLZO/Li symmetric cell has a superior critical current density of 0.9 mA·cm^(-2),and cycles stably for 500 hours at a current density of 0.3 mA·cm^(-2).This research facilitates the potential commercial applications of high performance Ga-LLZO solid electrolytes in ASSLBs. 展开更多
关键词 Ga-doped li_7la_3zr_2o_(12)(Ga-LLZo) defect chemistry engineering high room temperature ionic conductivity electrochemical stability
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