Nano Lett.：固态电解质Li7–3xAlxLa3Zr2O12单颗粒晶体缺陷的X射线纳米成像

兔兔

2021-04-30

与传统的液体电解质电池相比，全固态锂电池在能量密度和安全性方面都有显著提高。铝掺杂的Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZO）固态电解质由于其高离子电导率和良好的热、化学和电化学稳定性而显示出极好的潜力。尽管如此，对LLZO的电化学和机械性能的进一步改进要求深入了解其局部微观结构。有鉴于此，康奈尔大学Andrej Singer和弗吉尼亚理工大学Feng Lin等人采用Bragg相干衍射成像技术研究了不同Al掺杂浓度下LLZO单个晶粒内部的原子位移，从而形成了立方、四方和立方-四方混合结构。

本文要点：

1）使用单晶衍射和BCDI研究了不同程度Al掺杂下单个LLZO晶粒的结构异质性和扩展的晶体缺陷。在未掺杂的单四方LLZO晶粒内观察到双畴。还发现，低Al掺杂会在混合LLZO晶粒中产生较大的应变梯度，并且随着掺杂的增加，立方LLZO晶粒会以减小的应变梯度实现稳定，但由于Al浓度的变化，平均晶格常数可能会略有不同。

2）混合LLZO和立方LLZO单晶的重构位移场都显示出边缘位错。在位错附近，混合的LLZO结构还表现出扩展的拉伸应变区域，这表明另一个结构相的子域被广泛的域边界分隔，包括位错。

3）报道的晶体缺陷的存在表明，Al掺杂在修饰单个LLZO晶粒的微观结构中起着关键作用。将来，需要将操作光谱学和成像技术结合起来，以更好地量化固态电解质离子迁移、结构缺陷和循环稳定性之间的联系。

Yifei Sun et al. X-ray Nanoimaging of Crystal Defects in Single Grains of Solid-State Electrolyte Li_7–3xAl_xLa₃Zr₂O₁₂. Nano Lett. 2021.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00315.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c00315