Научная группа кафедры электротехники и электронной информационной инженерии технологического университета Тоехаси и кафедры химии Университета Калгари исследовала влияние постэксплуатационного отжига на заживление твердого электролита из семейства литий-гранатов, разрушенного ростом дендритов лития.
Разработка твердых неорганических литий-ионных проводящих материалов для использования в качестве твердых электролитов имеет решающее значение для разработки безопасных и надежных полностью твердотельных литиевых батарей следующего поколения. Среди различных твердых электролитных материалов на основе оксидов значительное внимание привлек гранатный оксид с формулой Li7La3Zr2O12 (так называемый LLZO) из-за высокой проводимости ионов лития при комнатной температуре, превосходных тепловых характеристик и высокой стабильности по отношению к металлическому литию.
Хотя использование металлического лития с большой гравиметрической теоретической емкостью (=3,860 мАч/г) и самым низким окислительно-восстановительным потенциалом в качестве отрицательного электрода приводит к высокой плотности энергии батарей, образование твердотельной границы раздела между электролитом LLZO и литиевым металлическим электродом остается серьезным недостатком. Плохое межфазное соединение приводит к неравномерному покрытию Li и межкристаллическому проникновению дендритов лития в поликристаллический LLZO. В итоге это приводит к внутреннему короткому замыканию.
Авторы попробовали использовать отжиг для повторного использования керамического твердого электролита типа тантал-замещенного LLZO (Ta-LLZO), закороченного или деградированного проникновением дендритов во время электрохимических испытаний.
«Испорченный» Ta-LLZO удаляли из исследуемой ячейки, а затем металлические электроды, прикрепленные к Ta-LLZO, удаляли в этаноле. После этого электролит отжигали на воздухе при температуре 800-900 °С в течение нескольких часов.
Оказалось, что ионная проводимость отожженного твердого электролита была несколько ниже, чем у электролита до отжига, но сохранялась выше 10-4 С см-1 при комнатной температуре. Электрохимические результаты испытаний свидетельствуют о возможности повторного использования твердого электролита, деградированного ростом дендритов в другой твердотельной литиевой батарее.