中國粉體網(wǎng)訊  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，具有較高的熔點和沸點，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LLZO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：ZrO₂的熔點非常高（2715℃），較高的熔點以及化學(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械性能和化學(xué)穩(wěn)定性。

強度與韌性相對大：ZrO₂作為一種陶瓷材料，具有較大的強度（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)過酸洗、過濾、干燥等步驟得到ZrO₂粉末。此外，還可以通過摻雜不同的元素來調(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，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)隊提供了樣品，為固態(tài)電池的研發(fā)提供幫助，以推動鋯基固態(tài)電池技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

ZrO₂的未來展望

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。未來，通過進(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，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爭和挑戰(zhàn)。然而，憑借其獨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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（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）

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