锂陶瓷可以作为固体电解质，用于更强大、更经济的可充电锂离子电池。挑战在于找到一种在高温下不烧结的生产方法。
现在，由美国麻省理工学院(MIT)和德国慕尼黑工业大学(TU Munich)领导的一个研究小组现在开发了一种无烧结的方法，可以高效、低温地合成导电晶体形式的这些陶瓷。
(图片来源：网络)
一直以来，主导着电动汽车发展的因素有两个：动力(它决定了汽车的续航里程)和成本。美国能源部旨在加速从汽油动力汽车向电动汽车的过渡，并制定了到2030年降低生产成本和提高电池能量密度的宏伟目标。这些目标是传统锂离子电池无法实现的。
制造更小、更轻、更强大、更安全的电池的一个非常有前途的方法是使用固态电池，其阳极由金属锂而不是石墨制成。传统的锂离子电池具有液态有机电解质，并使用聚合物膜将阳极和阴极分隔开。
与之相反，固态电池的所有组件都是固体。薄陶瓷层同时充当固体电解质和分离器。它对锂枝晶生长引起的危险短路和热失控都是非常有效的。此外，它们不含易燃液体。
石榴石型固体电解质——Li7La3Zr2O12(LLZO)是一种适合于高能量密度电池的陶瓷电解质/分离器。这种材料必须在1050°C以上与阴极一起烧结，才能将LLZO转化为快速导电锂的立方晶相，使其足够致密，并牢固地结合到电极上。
然而，超过600°C的温度会破坏可持续的低钴或无钴阴极材料的稳定性，同时也会提高生产成本和能耗。需要更经济、更可持续的新生产方法。新研究就在这方面取得了突破，成果已于近期发表在了“Angewandte Chemie”杂志上。
据悉，他们的新工艺不是基于陶瓷前驱体化合物，而是基于液体前驱体化合物，在顺序分解合成中直接致密形成LLZO。为了优化这种合成路线的条件，该团队使用多种方法分析了LLZO从无定形到所需晶体形式(cLLZO)的多步相变，并制作了时间-温度转变图。
基于他们对结晶过程的深入了解，他们开发了一种方法，在相对较低的500°C温度下，经过10小时的退火，cLLZO成为致密的固体薄膜，而无需烧结。对于未来的电池设计，这种方法将允许将固体LLZO电解质与可持续阴极集成，从而避免使用钴等元素。
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