清华伍晖Adv. Energy Mater. ：新方法快速制备均匀、厚度薄、可靠且大面积的固态电解质薄膜

【成果简介】

全固态电池（ASSBs）作为一种高性能能量存储设备，正迅速走向商业化。而阻碍全固态电池工业化的最具挑战性的问题之一是缺乏高效率、大规模的固态电解质制备技术，以实现与传统锂离子电池中聚合物隔膜厚度大致相同的高质量固态电解质薄膜的批量生产。

清华大学材料学院伍晖教授课题组报道了基于大气等离子喷涂（APS）的锂离子固态电解质Li₇La₃Zr2O12（LLZO）薄膜制备方法。采用直接APS技术对Li7La3Zr2O12（LLZO）薄膜厚度从30~300µm的Li7La3Zr2O12进行后退火处理。电解液在室温（25°C）下达到3.82×10⁻⁵Scm⁻¹的高锂离子电导率。此外，厚度为300µm的LLZO薄膜的弯曲强度为157 MPa。Li/LLZO/Li和Li/LLZO/LiFePO4电池与薄膜一起组装，均表现出稳定的循环性能。研究团队提出的APS制备方法成本低且效率高，对于固态电解质薄膜的生产具有可扩展性。最重要的是，这种工艺与当前的电池行业高度兼容。

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

【核心创新点】

经过APS得到的LLZO薄膜在室温下的锂离子电导率为3.82×10-5S cm^-1，激活能为0.38eV。其电子电导率约为2.80×10-9S cm^-1，相较于其离子电导率可以忽略，杜绝了自放电的现象和锂枝晶生长带来的安全隐患。采用这种LLZO薄膜制备的Li/LLZO/Li对称电池和Li/LLZO/LiFePO₄全电池实现了不同电流密度下和不同倍率下的稳定循环。

【数据概览】

图1.等离子喷涂设备及喷涂得到的LLZO薄膜

图2.等离子喷涂制备的LLZO薄膜的物理性能表征

论文链接：

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

本文参考来源：

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