固態(tài)電解質(zhì)關(guān)鍵原材料——氧化鋯

在新能源汽車快速發(fā)展的背景下，固態(tài)電池以其高安全性、長(zhǎng)壽命和優(yōu)異的性能，正逐漸嶄露頭角。固態(tài)電解質(zhì)作為固態(tài)電池的關(guān)鍵核心材料之一，種類繁多，其中，石榴石型的固態(tài)電解質(zhì)Li7La3Zr2O12（LLZO）自2007年被發(fā)現(xiàn)之后，便被認(rèn)為是頗具前景的一類固態(tài)電解質(zhì)材料，而其關(guān)鍵原材料之一——氧化鋯（ZrO2），依據(jù)其卓越的性能，在LLZO固態(tài)電解質(zhì)的研發(fā)中提供了至關(guān)重要的作用。

氧化鋯是一種耐高溫、高硬度、化學(xué)穩(wěn)定性好的氧化物材料，具有較高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，因此在高溫環(huán)境下能夠保持穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，此外，氧化鋯還具有較低的熱膨脹系數(shù)和良好的電絕緣性能。這使得它成為LLZO固態(tài)電解質(zhì)的首選原材料之一。

氧化鋯的制備工藝多樣，包括熱解法、溶膠-凝膠法、氣相沉積法等。其中，熱解法是最常用的制備方法之一。該方法通過將鋯英石等原料在高溫下與堿金屬或堿土金屬氧化物反應(yīng)，生成鋯酸鹽，再經(jīng)過酸洗、過濾、干燥等步驟得到ZrO2粉末。此外，還可以通過摻雜不同的元素來調(diào)控ZrO2的性能，以滿足不同固態(tài)電池的需求。

氧化鋯在固態(tài)電池中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在氧化物固態(tài)電解質(zhì)中，如鋰鑭鋯氧（LLZO）和鋰鑭鋯鈦氧（LLZTO）等，它們以石榴石型晶體結(jié)構(gòu)存在。在這些固態(tài)電解質(zhì)中，氧化鋯占據(jù)了相當(dāng)重要的比例，例如在LLZO燒結(jié)前的質(zhì)量中，ZrO2約占25%。此外，為了降低固態(tài)電池中的界面電阻和提高鋰離子遷移效率，正負(fù)極材料通常需要涂覆LLZO等材料，同時(shí)，氧化物半固態(tài)電池還需要構(gòu)建一層由LLZO等材料構(gòu)成的陶瓷隔膜，這進(jìn)一步增加了ZrO2在固態(tài)電池中的用量。 目前，國(guó)內(nèi)許多固態(tài)電解質(zhì)相關(guān)企業(yè)，例如清陶能源、藍(lán)固新能源、山東創(chuàng)魯、天目先導(dǎo)、合源鋰創(chuàng)等均對(duì)LLZO固態(tài)電解質(zhì)有所涉及。三祥新材、東方鋯業(yè)等鋯材料領(lǐng)域的企業(yè)，也在積極關(guān)注并持續(xù)跟進(jìn)氧化物固態(tài)電池的研究進(jìn)展，并向部分客戶、科研團(tuán)隊(duì)提供了樣品，為固態(tài)電池的研發(fā)提供幫助，以推動(dòng)鋯基固態(tài)電池技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

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