双峰粒径分布对Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3固态电解质微观结构与电化学性能的调控机制研究

为解决全固态电池（ASSBs）中氧化物固态电解质Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3（LATP）的离子电导率优化难题，研究人员通过球磨（BM）和超声球磨（UM）调控粒径分布，制备双峰LATP（bi-LATPx）颗粒。研究发现，bi-LATP2（BM:UM=1:1）展现出最高离子电导率（1.26×10?4 S/cm）和低活化能（0.2562 eV），为高性能固态电解质设计提供新思路。

　　

随着电动汽车和储能系统的快速发展，传统锂离子电池（LIBs）因液态电解质的易燃性面临安全瓶颈。全固态电池（ASSBs）采用不可燃的固态电解质（SSE），成为突破能量密度与安全性极限的下一代技术。其中，Li_1.5Al_0.5Ti_1.5(PO₄)₃（LATP）因其低成本、空气稳定性和宽电压窗口（6 V）备受关注，但其离子电导率（10^?4–10^?3 S/cm）仍待提升。既往研究多聚焦烧结工艺优化，却忽视了前驱体颗粒尺寸分布对微观结构的关键影响。

针对这一空白，韩国国立研究基金会（National Research Foundation of Korea）支持的团队在《Powder Technology》发表研究，首次系统探究双峰粒径分布对LATP性能的调控机制。研究人员通过溶胶-凝胶法合成LATP粉末，结合球磨（BM）和超声球磨（UM）分别获得200 nm和111 nm的颗粒，按不同比例混合制备bi-LATPx系列样品，通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和电化学阻抗谱（EIS）分析其物化特性。

主要技术方法

研究采用溶胶-凝胶法合成LATP前驱体，通过BM和UM调控粒径，利用动态光散射（DLS）表征粒径分布。采用冷等静压成型和烧结制备电解质片，通过阿基米德法测定密度，SEM观察微观结构，EIS测试离子电导率。

Results and discussion

1. 粒径控制与表征：BM和UM处理的颗粒分别呈现200 nm和111 nm的平均粒径，双峰分布有效填充了单一粒径的堆积空隙。

2. 烧结行为：bi-LATP2（1:1混合）表现出最优的轴向收缩率（18.66%）和体积密度（2.7 g/cm³），孔隙尺寸最小（~4 μm）。

3. 电化学性能：bi-LATP2的离子电导率达1.26×10^?4 S/cm，活化能低至0.2562 eV，归因于紧密堆积形成的连续离子传输通道。

Conclusions

该研究揭示了双峰粒径分布通过优化颗粒堆积密度和孔隙结构，显著提升LATP离子电导率的机制。bi-LATP2的优异性能为固态电解质工业化设计提供了可量化调控的粒径配比方案，推动ASSBs商业化进程。

重要意义

此项工作不仅填补了LATP前驱体工程研究的空白，更开创了通过粒径分布设计优化固态电解质性能的新范式，为高能量密度、高安全性电池的开发奠定理论基础。