西安交通大学JCIS：基于焦耳热技术的集成优化策略实现快速制备高性能LATP固态电解质（清华DeepSeek手册免费送） 中科精研材料制备技术研究院
全球能源危机促使能源生产和消费模式发生深刻变革，推动了高效电化学能量 存储设备的开发。全固态锂金属电池（ASSLMBs）因其高能量密度和安全性备受关注，但其实际应用受限于固态电解质（SSEs）的内在缺陷和界面接触不良导致的锂枝晶生长问题。优化SSEs的体相结构和界面接触对于提升ASSLMBs的性能至关重要。
西安 交通大学王嘉楠副教授团队在《Journal of Colloid and Interface Science》期刊上发表的最新研究成果，提出了一种基于超快速焦耳热烧结（UHS）技术的集成优化策略，用于同时解决Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3（LATP）固态电解质的体相缺陷和全固态锂金属电池（ASSLMBs）中的界面接触问题。
创新的集成优化策略 ：通过引入特定的烧结助剂（B₂O₃和LiBF₄）和双过程烧结方法（预退火和超快速焦耳热处理），实现了LATP SSEs的快速致密化。
显著提升的电化学性能 ：采用热脉冲焊接（TPW）技术对集成的阳极/SSE/阴极进行处理，显著改善了SSE与电极之间的界面接触，促进了连续离子传导网络的形成，从而提高了电化学动力学性能。
卓越的电池性能 ：经过优化的Li||LATP||NCM811 ASSLMBs展现出卓越的比容量（185.9 mAh/g，0.2 C）和强大的循环稳定性（100个循环后容量保持率为90.9%）。
图1：集成优化策略示意图
图1展示了通过超快速焦耳热烧结（UHS）技术对Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3（LATP）固态电解质进行体相和界面优化的集成策略。通过添加液相烧结剂（B₂O₃）和离子添加剂（LiBF₄），显著改善了LATP的致密化过程。熔融的B₂O₃作为“润滑剂”，促进颗粒的扩散和重排，而LiBF₄填充孔隙并转化为LiF，促进晶界融合并补充锂的损失。
图2：表面形貌和结构分析
图2通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线计算机断层扫描（X-CT）技术对不同方法制备的LATP SSEs的表面形貌和内部结构进行了分析。结果显示，新型超快速焦耳热烧结（NUHS）方法制备的LATP SSEs具有更紧凑和均匀的表面微观结构，且内部结构致密化程度最高，缺陷率仅为0.01%。
图3：结构演变监测
图3通过SEM技术动态监测了新型超快速焦耳热烧结（NUHS）过程中LATP固态电解质的结构演变。结果显示，NUHS技术在烧结初期能够有效去除挥发性杂质，烧结中期颗粒开始熔化并相互粘附，最终形成高致密化的LATP SSEs。
图4：热稳定性与机械性能评估
图4对不同方法制备的LATP SSEs的热稳定性、机械性能和表面粗糙度进行了综合评估。结果显示，NUHS方法制备的LATP SSEs具有均匀稳定的热分布、最低的表面粗糙度和优异的机械强度。
图5：离子电导率与界面优化
图5对不同方法制备的LATP SSEs的离子电导率以及界面优化策略对电池性能的影响进行了详细分析。结果显示，NUHS方法制备的LATP SSEs具有最高的离子电导率和最低的界面电阻，显著提升了电池的电化学性能。
图6：全固态锂金属电池的电化学性能
图6系统地展示了基于新型超快速焦耳热烧结（NUHS）技术优化的Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3（LATP）固态电解质的全固态锂金属电池（ASSLMBs）的电化学性能。结果显示，NUHS方法制备的LATP SSEs在磷酸铁锂（LFP）和镍钴锰酸锂（NCM811）电池中均展现出卓越的比容量和循环稳定性。
本研究通过超快速焦耳热烧结技术，成功解决了Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3（LATP）固态电解质的体相缺陷和全固态锂金属电池（ASSLMBs）中的界面接触问题，显著提升了ASSLMBs的性能。这种集成优化策略不仅提高了LATP SSEs的结晶度和致密化程度，还增强了其热机械稳定性和抗应力侵蚀能力，为高性能ASSLMBs的快速制造提供了重要的技术参考。
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