科学家利用冷烧结再处理固态复合电解质

宾夕法尼亚州立大学的一个团队报告了使用冷烧结来再加工固态复合电解质，特别是镁和锶掺杂的 Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂与聚碳酸亚丙酯 (PPC) 和高氯酸锂（LLZO–PPC–LiClO ₄）。低烧结温度允许陶瓷、聚合物和锂盐共烧结，从而通过再加工使复合材料结构重新致密化。研究成果发表在《ChemSusChem》杂志上。

经过5次回收循环后，再加工的LLZO-PPC-LiClO ₄表现出致密的微观结构，室温下离子电导率超过10 ^{-4 S/cm。}用再加工的电解质制造的全固态锂电池在0.1 C下表现出168 mA hg ^-1的高放电容量，并且在0.2 C下循环超过100次后仍能保持性能。

生命周期评估（LCA）表明，回收电解液在所有环境影响类别中均优于原始电解液工艺，这凸显出冷烧结是回收电解液的一项有前途的技术。

研究人员指出，尽管界面处发生了适度的破坏，但机械应力是导致固态电解质失效的关键因素。由于固态电解质与锂金属接触，因此形成电子传导性受限的界面。这阻碍了电子传输并限制了副反应的传播；因此，界面层通常是局部的。

充电和放电循环期间产生的裂纹可能会通过体相传播，导致电池故障。锂枝晶的生长和孤立的死锂的积累导致电池的体积波动，从而引起内应力并在固态电解质的微观结构中形成裂纹和断裂。研究人员解释说，这些结构缺陷反过来又阻碍了锂离子传输路径，导致总阻抗较高或最终导致电池短路。获取更多前沿科技信息访问：https://byteclicks.com

尽管存在这些局部缺陷和破碎的微观结构，绝大多数固态电解质在循环后仍保持活性。因此，一旦消除了局部界面，废固态电解质就可以在不经过复杂工艺的情况下进行回收。

研究人员使用冷烧结直接对 LLZO–PPC–LiClO ₄复合电解质进行再处理，并证明了其可回收性，离子电导率略有损失。冷烧结是一种低温烧结技术（< 300 °C），是一种能够使由陶瓷、聚合物和盐组成的复合材料致密化的工艺。在压力和热量的驱动下，致密化在瞬态液相的帮助下发生，瞬态液相充当介质，帮助溶解并调节沉淀和成核过程。