研究发现后退火技术可抑制锂离子电池枝晶生长

丰桥工业大学电气与电子信息工程系和卡尔加里大学化学系的研究团队研究了后退火对修复因锂枝晶生长而降解的石榴石固体电解质的影响。退火后的固体电解质的离子电导率略低于退火前的电解质，但在室温下保持在10-4Scm-1以上。所获得的电化学结果表明，在另一种全固态Li电池中，可能会重复使用因Li树枝状晶体的生长而降解的固体电解质。

丰桥工业大学电气与电子信息工程系和卡尔加里大学化学系的研究团队研究了后退火对修复因锂枝晶生长而降解的石榴石固体电解质的影响。退火后的固体电解质的离子电导率略低于退火前的电解质，但在室温下保持在10-4Scm-1以上。所获得的电化学结果表明，在另一种全固态Li电池中，可能会重复使用因Li树枝状晶体的生长而降解的固体电解质。他们的研究结果已于2020年12月7日发表在ACSAppliedEnergyMaterials中。

开发用作固体电解质的固体无机锂离子导电材料对于开发高度安全可靠的下一代全固态锂（Li）电池至关重要。在各种基于氧化物的固体电解质材料中，通式为Li7La3Zr2O12（LLZO）的石榴石型氧化物因其在室温下的高Li离子电导率，出色的热性能以及对Li金属的高稳定性而备受关注。

尽管使用具有大重量理论容量（=3,860mAhg-1）和最低氧化还原电势的锂金属作为负极会导致电池的高能量密度，但LLZO和锂之间形成了固-固界面金属电极是主要缺点。不良的界面连接会导致多晶LLZO中Li镀层的不均匀和Li枝晶的晶间渗透。当电池特别是在高电流密度下循环使用时，此效果尤为突出，从而导致内部短路故障。

Li枝晶在退火前后的降解Ta-LLZO的照片（左）和制备后和退火后的Ta-LLZO的Li离子电导率的照片（右）。：丰桥工业大学。

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充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%

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当然，为开发以金属锂为负极的全固态电池，已经广泛研究了建立短路故障的预防技术。相反，从有效利用材料的角度来看，值得考虑的是在发生短路故障后重新使用从固态电池中提取的LLZO的可能性。如果在LLZO中传播的Li树枝状晶体的数量少并且短路区域高度集中，则可以通过去除其中的Li树枝状晶体来重新使用LLZO。

丰桥工业大学电气与电子信息工程系和卡尔加里大学化学系的研究团队首次研究了石榴石型Ta取代LLZO（Ta-LLZO）陶瓷的可重复使用性Li/Ta-LLZO/Li对称电池的电化学Li电镀/剥离测试期间，由于Li金属渗透而使固体电解质短路或降解。

在通过锂枝晶穿透发生降解之后，从测试电池中除去Ta-LLZO，然后在乙醇中除去与Ta-LLZO相连的Li金属电极。之后，将Ta-LLZO在800-900ºC的空气中退火数小时。可以证实，退火后的Ta-LLZO与制备的Ta-LLZO相比，锂离子的电导率略低，但在室温下其电导率保持在10-4Scm-1以上。退火Ta-LLZO的电导率略有下降主要归因于Ta-LLZO端面附近杂质相的形成和结构变化，而降解程度取决于Li枝晶渗透的面积。此外，可以在具有退火的Ta-LLZO的另一对称电池中进行Li镀/剥离。

研究团队认为，通过优化后退火条件，可以进一步减轻退火后的LLZO中锂离子电导率的下降，所得结果可作为将短路或退化的LLZO作为固体电解质再利用的基本信息。在另一个固态锂电池中。