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干货分享|微波热能重新定义氧化物固态电解质(LLZO)的烧结工艺

干货分享|微波热能重新定义氧化物固态电解质(LLZO)的烧结工艺 源创高科
2025-06-07
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导读:源创高科率先推出微波烧结氧化物固态电解质(LLZO)的微波辊道窑、微波推板窑生产线。客户评价“大幅节能,性能优越,欢迎专家、业内同仁进行试验和讨论方案!

氧化物固态电解质LLZO不仅作为锂金属的高稳定性隔膜和阳极材料,还因其高离子导电性和化学稳定性而作为阴极电解质使用。传统高温固相法制备LLZO往往需要在上千的温度中保温数个小时,这会大大增加能源的损耗,同时因为高温导致的锂挥发也会对性能产生影响。外加微波的烧结工艺在低温短时间内实现LLZO的致密化,能够有效降低能耗,并抑制锂元素的挥发。

研究者们一直在寻找简化制造过程、降低能耗和成本的方法,以推动氧化物固态电池技术的发展,现阶段针对LLZO开展烧结工艺的探索是研究热点。


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据粉体网此前报道:传统高温固相法制备LLZO固态电解质工艺制备得到的LLZO固态电解质晶粒尺寸不均匀,易团聚,高温加热会导致锂在高温烧结下的挥发,所需能耗较大。与传统烧结工艺相比,微波加热通过‌低温高效烧结‌实现了LLZO固态电解质立方相稳定化和晶粒细化,显著提升离子电导率并降低能耗。微波烧结具有升温速率快、安全稳定能耗小、均匀加热无污染等优点,并能有效改善材料的微观结构及性能。(原文如下)


高致密、立方相固体电解质LLZO的电场辅助烧结


目前,国内外制备Li7La3Zr2O12(LLZO)固体电解质采用的方法主要有传统固相烧结法和以溶液法制备前驱体粉体再烧结法等。传统固相烧结一般为常压烧结,其烧结温度高,烧结时间长,烧结分多步骤进行,需要重复和间歇性的热处理和磨粉,对锂的损失有很大的影响且烧结样品的致密度不高。采用溶液法制备的粉体,粒径较小,可达纳米级,有效降低了LLZO烧结温度,但溶液中其他杂质离子难以去除,使得材料锂离子电导率较低且产量低、成本高。

武汉理工大学科研人员提出采用电场辅助烧结技术,该技术主要是利用外加脉冲强电流形成的电场清洁粉末颗粒表面氧化物层而达到净化材料的作用,同时在较低机械压力下利用电流短时加热前驱体粉末进行致密烧结。场助烧结工艺相比传统烧结工艺,其烧结温度低、烧结时间短、烧结体致密度高且操作简单,是一种制备易挥发、多组分、化学计量比复杂体系材料的先进烧结技术。因此利用场助烧结快速烧结的特点来制备立方相的LLZO可以有效解决烧结过程中锂源的大量损失,而且在烧结过程中加压也有效地保证了LLZO的高致密性。

固态电解质Li7La3Zr2O12的微波烧结


传统高温固相法制备LLZO固态电解质工艺简单且晶相可控,所需原材料价格低廉,更适合工业化生产。但传统高温固相合成通常需要较高的烧结温度和较长时间加热才可得到最终样品,会导致锂在高温烧结下的挥发,所需能耗较大,制备得到的LLZO固态电解质晶粒尺寸不均匀,易团聚,对原料的研磨要求较高。


微波烧结与传统烧结对比图(左图为传统烧结,右图为微波烧结)

微波烧结的概念在1968年由Tinga.W.R等人提出。微波烧结因其环保、低耗、高效、均匀等优点在20世纪90年代逐渐在国际上许多发达国家中开始流行,逐渐进入产业化阶段。微波烧结是利用物质与微波电磁场相互作用,从而产生热效应使材料从内向外整体加热,以实现样品致密化的新颖快速烧结技术。
张艳华 电场辅助烧结固体电解质Li7La3Zr2O12及输运性能调控 武汉理工大学
阳敦杰等 Al稳定立方相Li7La3Zr2O12固态电解质的场助烧结制备 武汉理工大学
张颖等 冷烧结工艺制备石榴石固态电解质及其性能 西安建筑科技大学
王玉洁 固态电解质Li7La3Zr2O12的微波烧结及掺杂改性研究 西安理工大学

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顶级学术出版社——爱思唯尔Elsevier旗下期刊《Energy Storage Materials》发表最新研究成果:作者提出了一种通过微波诱导热冲击利用超快靶向加热的新方法,证明了SEs的增强结晶,同时有效地抑制了银锰矿SEs液相合成过程中有机杂质的碳化。补充分析证实,与传统的熔炉加热相比,微波加热减少了硫的损失,并最大限度地减少了杂质的析出。(原文如下)



【图1】微波加热合成硫化物SE(a)通过微波热处理液相合成银锰矿SEs的示意图。(b)用于测量微波辐射期间炭黑温度的实验装置照片。(c)100 W180 W的脉冲微波辐射期间炭黑的温度曲线

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关于我们




源创高科成立于2013年,是一家专业从事工业微波设备与红外设备的研发、生产制造及销售于一体的高新技术企业。公司拥有一支在微波能应用、材料工艺、机械工程等多领域具备深厚造诣的专业技术团队,积累了近二十年的微波加热技术经验。


公司拥有微波带式干燥炉、微波辊道窑等一系列高性能成熟产品,广泛应用于微波干燥、烧结、焙烧等领域。公司力求产品卓越品质,确保微波设备常规化安全使用,并为客户提供量身定制的解决方案,解决生产过程中的耗时长、能耗高等关键问题。


源创高科坚守“源于技术,创造未来”的企业精神,秉持“质量为源,创新为本”的质量方针。并充分发挥微波设备“高效、节能、优质、环保”的优势,致力于推动企业的经济发展与社会效益提升,共创美好未来。


公司率先推出微波烧结氧化物固态电解质(LLZO)的微波辊道窑、微波推板窑生产线。客户评价:“大幅节能,性能优越,欢迎专家、业内同仁进行试验和讨论方案!”



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源创高科
湖南源创高科工业技术有限公司成立于2013年,是一家专业从事工业微波装备、红外加热设备、新材料、陶瓷3D打印研发、生产、销售为一体的高科技公司。
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源创高科 湖南源创高科工业技术有限公司成立于2013年,是一家专业从事工业微波装备、红外加热设备、新材料、陶瓷3D打印研发、生产、销售为一体的高科技公司。
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