在新能源汽車快速發(fā)展的背景下，固態(tài)電池以其高安全性、長(zhǎng)壽命和優(yōu)異的性能，正逐漸嶄露頭角。固態(tài)電解質(zhì)作為固態(tài)電池的關(guān)鍵核心材料之一，種類繁多，其中，石榴石型的固態(tài)電解質(zhì)Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZO）自2007年被發(fā)現(xiàn)之后，便被認(rèn)為是頗具前景的一類固態(tài)電解質(zhì)材料，而其關(guān)鍵原材料之一——氧化鋯（ZrO₂），依據(jù)其卓越的性能，在LLZO固態(tài)電解質(zhì)的研發(fā)中提供了至關(guān)重要的作用。

ZrO₂的基本特性

ZrO₂是一種耐高溫、高硬度、化學(xué)穩(wěn)定性好的氧化物材料，具有較高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，因此在高溫環(huán)境下能夠保持穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，此外，ZrO₂還具有較低的熱膨脹系數(shù)和良好的電絕緣性能。這使得它成為L(zhǎng)LZO固態(tài)電解質(zhì)的首選原材料之一。

高硬度：ZrO₂的硬度僅次于金剛石，具有很高的耐磨性。

高熔點(diǎn)：ZrO₂的熔點(diǎn)非常高（2715℃），較高的熔點(diǎn)以及化學(xué)惰性使ZrO₂可作為較好的耐火材料。

優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性：ZrO₂對(duì)酸、堿等化學(xué)物質(zhì)具有很好的抵抗性，不易被腐蝕。

良好的熱穩(wěn)定性：ZrO₂在高溫下仍能保持較好的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性。

強(qiáng)度與韌性相對(duì)大：ZrO₂作為一種陶瓷材料，具有較大的強(qiáng)度（可達(dá)1500MPa），雖然韌性和一些金屬相比有較大差距，但相比于其他陶瓷材料，氧化鋯具備較高的斷裂韌性，能夠在一定程度上抵抗外部沖擊和應(yīng)力。

ZrO₂的制備

ZrO₂的制備工藝多樣，包括熱解法、溶膠-凝膠法、氣相沉積法等。其中，熱解法是最常用的制備方法之一。該方法通過(guò)將鋯英石等原料在高溫下與堿金屬或堿土金屬氧化物反應(yīng)，生成鋯酸鹽，再經(jīng)過(guò)酸洗、過(guò)濾、干燥等步驟得到ZrO₂粉末。此外，還可以通過(guò)摻雜不同的元素來(lái)調(diào)控ZrO₂的性能，以滿足不同固態(tài)電池的需求。

ZrO₂在固態(tài)電池中的應(yīng)用

ZrO₂在固態(tài)電池中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在氧化物固態(tài)電解質(zhì)中，如鋰鑭鋯氧（LLZO）和鋰鑭鋯鈦氧（LLZTO）等，它們以石榴石型晶體結(jié)構(gòu)存在。在這些固態(tài)電解質(zhì)中，ZrO₂占據(jù)了相當(dāng)重要的比例，例如在LLZO燒結(jié)前的質(zhì)量中，ZrO₂約占25%。此外，為了降低固態(tài)電池中的界面電阻和提高鋰離子遷移效率，正負(fù)極材料通常需要涂覆LLZO等材料，同時(shí)，氧化物半固態(tài)電池還需要構(gòu)建一層由LLZO等材料構(gòu)成的陶瓷隔膜，這進(jìn)一步增加了ZrO₂在固態(tài)電池中的用量。

目前，國(guó)內(nèi)許多固態(tài)電解質(zhì)相關(guān)企業(yè)，例如清陶能源、藍(lán)固新能源、山東創(chuàng)魯、天目先導(dǎo)、合源鋰創(chuàng)等均對(duì)LLZO固態(tài)電解質(zhì)有所涉及。三祥新材、東方鋯業(yè)等鋯材料領(lǐng)域的企業(yè)，也在積極關(guān)注并持續(xù)跟進(jìn)氧化物固態(tài)電池的研究進(jìn)展，并向部分客戶、科研團(tuán)隊(duì)提供了樣品，為固態(tài)電池的研發(fā)提供幫助，以推動(dòng)鋯基固態(tài)電池技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

ZrO₂的未來(lái)展望

隨著固態(tài)電池技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，ZrO₂作為固態(tài)電解質(zhì)原材料的需求將持續(xù)增長(zhǎng)。未來(lái)，通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化制備工藝、調(diào)控性能和降低成本等手段，ZrO₂有望在固態(tài)電池領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。同時(shí)，隨著新型固態(tài)電解質(zhì)材料的不斷涌現(xiàn)，ZrO₂也將面臨更加激烈的競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)。然而，憑借其獨(dú)特的性能和廣泛的應(yīng)用前景，ZrO₂在固態(tài)電池領(lǐng)域仍將具有不可替代的地位。

參考來(lái)源：

氧化鋯特性及應(yīng)用.3D打印AM增材制造

東方鋯業(yè)VS三祥新材之鋯基材料：固態(tài)電池電解質(zhì)的理想材料之一.滬深京港

LLZO固態(tài)電解質(zhì)原料：氧化鋯.介質(zhì)材料

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