AEM：传播性掺杂剂反应性对锂金属接触LLZO固态电解质晶格氧流失的影响

Nanoer-z

2025-04-26

锂镧锆氧化物（LLZO）被公认为对锂金属电极最稳定的固态电解质，但为稳定立方相LLZO而引入的掺杂剂可能被锂金属还原，从而破坏其热力学稳定性。鉴于此，美国阿贡国家实验室Sanja Tepavcevic等通过锂金属与铌掺杂LLZO（Nb-LLZO）的还原反应，发现界面反应会向电解质体相纵深传播，导致Nb⁵⁺深度还原分解。

本文要点：

（1）扫描透射电镜结合能谱分析和热重分析表明，还原主要源于氧空位形成，导电原子力显微镜证实其引发电子电导率上升。密度泛函理论计算揭示Nb-LLZO过量锂化会促进氧释放。

（2）多晶Nb-LLZO的电化学阻抗显示锂金属界面处持续形成离子阻性界面相，而单晶在室温下反应微弱且在60 ℃呈现自限制还原特性。该研究揭示了晶界在固态电解质破坏性反应传播中的作用，并首次阐明LLZO中晶格氧参与的反应机制。

M. J. Counihan, Z. D. Hood, H. Zheng, T. Fuchs, L. Merola, M. Pavan, S. L. Benz, T. Li, A. Baskin, J. Park, J. H. Stenlid, X. Chen, D. P. Phelan, J. W. Lawson, J. G. Connell, J. Janek, F. H. Richter, S. Tepavcevic, Effect of Propagating Dopant Reactivity on Lattice Oxygen Loss in LLZO Solid Electrolyte Contacted with Lithium Metal. Adv. Energy Mater. 2025, 2406020.

https://doi.org/10.1002/aenm.202406020