晶界融合非晶石榴石型固态电解质：优化共沉淀法制备高性能全固态电池

本研究通过优化共沉淀法在高pH环境下制备高活性纳米级前驱体，经低温短时烧结获得独特晶界融合非晶结构的Ta掺杂LLZO固态电解质（Ta-LLZO），其离子电导率达1.5 mS/cm（25℃），临界电流密度为1.8 mA/cm2，锂对称电池在0.6 mA/cm2下稳定循环2500小时。该结构通过非晶化增强锂离子无序度并强化晶界连接，为全固态电池（ASSB）的商业化提供新策略。

　　

Highlight

Synthesis（合成方法）

我们通过共沉淀法制备Li_6.6La₃Zr_1.6Ta_0.4O₁₂电解质。将ZrO(NO₃)₂（分析纯）和La(NO₃)₃（分析纯）按化学计量比稀释至约0.2 mol/L并搅拌10分钟。将氨水（分析纯）稀释至约4.5 mol/L作为沉淀剂。将镧锆硝酸盐溶液与沉淀剂加入反应容器进行共沉淀反应，过程中通过控制添加顺序调节pH值。

Results and discussion（结果与讨论）

当前研究中通常使用氨水或氢氧化钠作为共沉淀法制备LLZO体系电解质的沉淀剂[37, 41, 46]。然而，pH对沉淀过程的影响虽关键却未受足够重视。一般认为当溶液中离子浓度低于10^–5 mol/L时沉淀完全。根据离子溶度积（K_sp）值，不同离子沉淀所需的pH条件存在显著差异。

Conclusions（结论）

我们通过优化共沉淀法制备了高活性、纳米尺寸、均匀混合的前驱体。沉淀过程中的高pH环境对材料均匀性和性能起决定性作用。经低温烧结后，我们获得了具有独特晶界融合非晶结构的全固态Ta-LLZO电解质。"准玻璃"相强化了晶粒连接，保留并延伸了石榴石框架内的锂离子通道，同时通过非晶化增强了锂离子传输的无序性。