清華伍暉Adv. Energy Mater. ：新方法快速制備均勻、厚度薄、可靠且大面積的固態電解質薄膜

【成果簡介】

全固態電池（ASSBs）作為一種高性能能量存儲設備，正迅速走向商業化。而阻礙全固態電池工業化的最具挑戰性的問題之一是缺乏高效率、大規模的固態電解質制備技術，以實現與傳統鋰離子電池中聚合物隔膜厚度大致相同的高質量固態電解質薄膜的批量生產。

清華大學材料學院伍暉教授課題組報道了基于大氣等離子噴涂（APS）的鋰離子固態電解質Li₇La₃Zr2O12（LLZO）薄膜制備方法。采用直接APS技術對Li7La3Zr2O12（LLZO）薄膜厚度從30~300μm的Li7La3Zr2O12進行后退火處理。電解液在室溫（25°C）下達到3.82×10^?5Scm^?1的高鋰離子電導率。此外，厚度為300μm的LLZO薄膜的彎曲強度為157 MPa。Li/LLZO/Li和Li/LLZO/LiFePO4電池與薄膜一起組裝，均表現出穩定的循環性能。研究團隊提出的APS制備方法成本低且效率高，對于固態電解質薄膜的生產具有可擴展性。最重要的是，這種工藝與當前的電池行業高度兼容。

研究成果以Rapid Processing of Uniform, Thin, Robust, and Large-Area Garnet Solid Electrolyte by Atmospheric Plasma Spraying為題發表在Advanced Energy Materials。

【核心創新點】

經過APS得到的LLZO薄膜在室溫下的鋰離子電導率為3.82×10-5S cm^-1，激活能為0.38eV。其電子電導率約為2.80×10-9S cm^-1，相較于其離子電導率可以忽略，杜絕了自放電的現象和鋰枝晶生長帶來的安全隱患。采用這種LLZO薄膜制備的Li/LLZO/Li對稱電池和Li/LLZO/LiFePO₄全電池實現了不同電流密度下和不同倍率下的穩定循環。

【數據概覽】

圖1.等離子噴涂設備及噴涂得到的LLZO薄膜

圖2.等離子噴涂制備的LLZO薄膜的物理性能表征

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202300809

本文參考來源：

https://www.tsinghua.edu.cn/info/1175/105897.htm