Materia prima clave para electrolitos sólidos: circonio
ZrO2 es un material de óxido con resistencia a altas temperaturas, alta dureza y buena estabilidad química. Tiene un alto punto de fusión y punto de ebullición, por lo que puede mantener propiedades físicas y químicas estables en ambientes de alta temperatura. Además, el ZrO2 también tiene un bajo coeficiente de expansión térmica y buenas propiedades de aislamiento eléctrico. Esto la convierte en una de las materias primas preferidas para el electrolito sólido LLZO.
Alta dureza: la dureza del ZrO2 es superada solo por el diamante y tiene una alta resistencia al desgaste.
Alto punto de fusión: El punto de fusión del ZrO2 es muy alto (2715 ℃). El alto punto de fusión y la inercia química hacen del ZrO2 un buen material refractario.
Excelente estabilidad química: el ZrO2 tiene buena resistencia a productos químicos como ácidos y álcalis y no se corroe fácilmente.
Buena estabilidad térmica: el ZrO2 aún puede mantener buenas propiedades mecánicas y estabilidad química a altas temperaturas.
Resistencia y tenacidad relativamente grandes: el ZrO2, como material cerámico, tiene una gran resistencia (hasta 1500 MPa). Aunque la tenacidad está muy por detrás de algunos metales, en comparación con otros materiales cerámicos, el óxido de circonio tiene una mayor tenacidad a la fractura y puede resistir impactos y tensiones externos hasta cierto punto.
Existen varios procesos de preparación de ZrO2, incluyendo pirólisis, sol-gel, deposición de vapor, etc. Entre ellos, la pirólisis es uno de los métodos de preparación más utilizados. Este método hace reaccionar circonio y otras materias primas con óxidos de metales alcalinos o alcalinotérreos a alta temperatura para generar circonato y luego obtiene polvo de ZrO2 mediante lavado ácido, filtración, secado y otros pasos. Además, el rendimiento del ZrO2 se puede regular dopando diferentes elementos para satisfacer las necesidades de diferentes baterías de estado sólido.
La aplicación de ZrO2 en baterías de estado sólido se refleja principalmente en electrolitos sólidos de óxido, como el óxido de litio, lantano y circonio (LLZO) y el óxido de litio, lantano, circonio y titanio (LLZTO), que existen en estructuras cristalinas de tipo granate. En estos electrolitos sólidos el ZrO2 ocupa una proporción muy importante. Por ejemplo, en la masa de LLZO antes de la sinterización, el ZrO2 representa aproximadamente el 25%. Además, para reducir la resistencia de la interfaz en las baterías de estado sólido y mejorar la eficiencia de la migración de iones de litio, los materiales de los electrodos positivos y negativos generalmente deben recubrirse con materiales como LLZO. Al mismo tiempo, las baterías semisólidas de óxido también necesitan construir una capa de diafragma cerámico compuesto de materiales como LLZO, lo que aumenta aún más la cantidad de ZrO2 utilizada en las baterías de estado sólido.
Con el desarrollo continuo de la tecnología de baterías de estado sólido y la expansión de sus campos de aplicación, la demanda de ZrO2 como materia prima de electrolito sólido seguirá creciendo. En el futuro, se espera que ZrO2 desempeñe un papel más importante en el campo de las baterías de estado sólido optimizando aún más el proceso de preparación, regulando el rendimiento y reduciendo costes. Al mismo tiempo, con la continua aparición de nuevos materiales electrolíticos de estado sólido, el ZrO2 también enfrentará competencia y desafíos más intensos. Sin embargo, con sus propiedades únicas y sus amplias perspectivas de aplicación, el ZrO2 seguirá ocupando una posición insustituible en el campo de las baterías de estado sólido.