中國粉體網訊  固體電解質的制備的方法較為多樣，具有不同的特點，對粉體的形貌結構及性能的影響也不盡相同，常用的方法主要為：固相法、沉淀法、水熱合成法以及溶膠凝膠法。

固相法

固相反應在廣義上的定義為凡是有固相參與的化學反應，如固體與固體、固體與液體之間或固體本身發(fā)生的氧化、還原及熱解等反應。固相反應在固體材料的高溫過程中是一個普遍的物理化學現(xiàn)象。從較窄范圍定義的固相反應為固體與固體間由于化學反應而生成新固體產物的過程。

在固相反應中影響因素較多，主要影響因素有：

①原料性質。原料的性質不同導致破壞其晶格結構的難易程度不同，對反應速度也會產生一定的影響；

②時間和溫度。根據(jù)熱力學定律，溫度較低時，反應物分子的擴散和遷移速度很慢，化學反應活性低，因此提高反應溫度可加速固相反應的進行。另外，需要足夠的時間以保證反應物離子的充分結合，促進反應完全進行；

③生料的細度和均勻性。生料越細，顆粒的幾何尺寸越小，表面活性能增大，有利于反應和擴散的進行。但隨著顆粒尺寸的進一步減小，易發(fā)生團聚現(xiàn)象，不利于產品均勻性，同時能耗也會急劇升高，因此，需要對反應條件進行優(yōu)化，使各組分間充分接觸，以此來加快固相反應的進行。

該法的優(yōu)點主要體現(xiàn)在產量高、工藝簡單，適合于大規(guī)模工業(yè)化生產，而且由于制備方法的特殊性能夠制備具有獨特性能的材料，具有較高的價值。

沉淀法

固體電解質的粉體制備過程中常用的沉淀法主要包括均勻沉淀法和共沉淀法。均勻沉淀法主要是通過控制反應中沉淀劑的濃度以及加入速度，使反應沉淀處于平衡狀態(tài)。

該方法的主要特點是粒子生長速度可控、所得產品較為致密且均勻、反應器易清洗等。沉淀的析出分為兩個步驟：成核和生長，其相對速度的快慢決定了沉淀顆粒的粒徑大小，生長速率較快時，有利于顆粒粒徑的增加，反之則相反。小粒徑的粒子具有更大的比表面積，有利于提高樣品的致密度、降低燒結溫度，因此在該方法中需要嚴格控制粒子成核及生長的速率。

共沉淀法是指將沉淀劑加入到含有多種陽離子的溶液中，使其完全沉淀的方法。其優(yōu)點是可以通過化學反應直接獲得成分均一的超細粉體，并可以通過控制沉淀條件，如pH、溫度、沉淀劑滴加速率等對粉體的分散性、顆粒大小、純度等進行控制。此外，該法工藝流程簡單，對設備要求不高，有利于工業(yè)化生產。

水熱合成法

水熱合成法是指高溫高壓下，在水或者水蒸氣等流體中進行的化學反應的總稱，其反應原理是通過調節(jié)反應條件來控制產物的成核過程和生長過程，以此來制備具有特定形貌和粒度的超細粉體。

該方法可以在相對較低的反應溫度下進行，反應物的純度要求較低；缺點是需要采用高溫高壓的手段，有一定的安全風險。與傳統(tǒng)固相法相比，水熱合成法可直接一步合成氧化物，有效地避免了由過多中間過程對產品的影響。

由該法制備出的粉體材料表現(xiàn)出較好的分散性和晶粒結晶度，不易發(fā)生團聚，產物具有較好的燒結性能，另外，該法大大降低了產物的合成溫度，有利于工業(yè)化放大。

溶膠凝膠法

溶膠凝膠法作為一種被廣泛應用的粉體制備方法，具有反應溫度較低、產物均一性較好、產物組分易于控制等優(yōu)點。由該法制備的粉體性質受多種因素影響，如pH、螯合劑種類、溶劑用量、反應溫度及時間等等。預處理過程的控制能夠一定程度上實現(xiàn)對產物粉體粒徑、形貌的定向控制。

但該方法的工業(yè)化生產存在較大問題：工藝復雜、產率低、成本過高等。有研究者利用該法來制備LLZO，并進行了研究。首先將反應物按照一定的比例進行混合，攪拌均勻后通過加熱蒸發(fā)控制反應溶膠-凝膠過程，最后經干燥和焙燒得LLZO材料。研究發(fā)現(xiàn)，相比傳統(tǒng)固相法制備LLZO，溶膠凝膠方法可有效降低焙燒溫度，同時所制備的LLZO的離子電導率為1.5x10-4 S/cm。

除以上所述的方法外，固體電解質粉體的制備方法還包括：低溫燃燒合成法、微乳液法、注凝成型技術等等。與固相法相比，濕化學法法可在較低溫度下制備高純相的固溶體，且粉體顆粒較細，有利于高密度固體電解質的制備。但與此同時，該法制備的粉體易發(fā)生團聚而導致粉體的燒結活性降低。固相法具有操作簡單，重復性好，可批量化制備的特點，具備更大的工業(yè)化前景。

資料來源：朱駿：鋰鑭鋯氧固體電解質的制備及在全固態(tài)電池中的應用研究

（中國粉體網編輯整理/平安）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權告知刪除！