Оксид лития-лантана-циркония ( LLZO , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) или цирконат лития-лантана представляет собой литий -наполненный гранатовый материал, который исследуется на предмет его использования в твердотельных электролитах в технологиях батарей на основе лития. [1] [2] LLZO обладает высокой ионной проводимостью , термической и химической стабильностью к реакциям с перспективными электродными материалами, главным образом металлическим литием, что дает ему преимущество для использования в качестве электролита в твердотельных батареях . [3] LLZO обладает благоприятными характеристиками, включая доступность исходных материалов, экономическую эффективность и простоту процессов приготовления и уплотнения. Эти свойства делают этот цирконий-содержащий литий-гранат перспективным твердым электролитом для полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторных батарей.
Более того, LLZO демонстрирует заметную общую проводимость, превосходя большинство других твердых литий-ионных проводников и многие литиевые гранаты. Тот факт, что общая и объемная проводимости имеют один и тот же порядок, делает оксид гранатового типа LLZO особенно привлекательным по сравнению с другими керамическими литий-ионными проводниками. Это говорит о том, что LLZO с его гранатоподобной структурой имеет значительные перспективы для повышения производительности твердотельных литий-ионных аккумуляторных батарей.[4]
Поскольку кислород, цирконий и лантан в LLZO жестко связаны в каркасе гранатоподобной структуры [5] , их подвижность при рабочих температурах будет незначительной и, следовательно, ионное движение происходит за счет транспорта ионов Li + .
Повышенную литий-ионную проводимость и пониженную энергию активации, наблюдаемую в LLZO по сравнению с другими литийсодержащими гранатами, можно объяснить несколькими факторами. К ним относятся расширение кубической постоянной решетки, увеличение концентрации ионов лития, уменьшение химических взаимодействий между ионами Li + и другими ионами решетки, а также улучшенное уплотнение. Даже по сравнению с проводимостью относительно нестабильного поликристаллического Li 3 N при более низких температурах [6] LLZO демонстрирует сопоставимые характеристики. Однако при повышенных температурах LLZO превосходит Li 3 N, демонстрируя более высокую общую проводимость.
LLZO имеет две стабильные фазы: тетрагональную фазу и кубическую фазу ( кубическая кристаллическая система ). Хотя тетрагональную фазу можно получить при более низких температурах синтеза, чем кубическую, последняя имеет более высокую проводимость, чем первая. [7] Обе фазы имеют одинаковую структурную структуру, но имеется различие в распределении атомов Li, которое в основном определяет ионную проводимость LLZO: ионы Li имеют больше доступных мест для миграции в кубической фазе, чем в тетрагональной фазе. [8] Более того, кубическая фаза LLZO очень стабильна на воздухе, в то время как тетрагональная фаза страдает от фазового перехода, происходящего на воздухе при температуре около 100–150 ° C. [9]
В сообщениях прессы говорится, что LLZO, как полагают, является электролитом, используемым QuantumScape для их твердотельных литий-металлических батарей . [10]