Ключевое сырье для твердых электролитов — диоксид циркония.
ZrO2 — оксидный материал с высокой термостойкостью, высокой твердостью и хорошей химической стабильностью. Он имеет высокую температуру плавления и кипения, поэтому может сохранять стабильные физические и химические свойства в высокотемпературной среде. Кроме того, ZrO2 также имеет низкий коэффициент теплового расширения и хорошие электроизоляционные свойства. Это делает его одним из предпочтительных сырьевых материалов для твердого электролита LLZO.
Высокая твердость: по твердости ZrO2 уступает только алмазу и обладает высокой износостойкостью.
Высокая температура плавления: температура плавления ZrO2 очень высока (2715 ℃). Высокая температура плавления и химическая инертность делают ZrO2 хорошим огнеупорным материалом.
Отличная химическая стабильность: ZrO2 обладает хорошей устойчивостью к химическим веществам, таким как кислоты и щелочи, и не поддается коррозии.
Хорошая термическая стабильность: ZrO2 сохраняет хорошие механические свойства и химическую стабильность при высоких температурах.
Сравнительно большая прочность и вязкость: ZrO2, как керамический материал, имеет большую прочность (до 1500МПа). Хотя ударная вязкость значительно уступает некоторым металлам по сравнению с другими керамическими материалами, оксид циркония имеет более высокую вязкость разрушения и в определенной степени может противостоять внешнему воздействию и нагрузкам.
Существуют различные способы получения ZrO2, включая пиролиз, золь-гель, осаждение из паровой фазы и т. д. Среди них пиролиз является одним из наиболее часто используемых методов получения. В этом методе циркон и другое сырье реагируют с оксидами щелочных или щелочноземельных металлов при высокой температуре с образованием цирконата, а затем получают порошок ZrO2 посредством промывки кислотой, фильтрации, сушки и других стадий. Кроме того, производительность ZrO2 можно регулировать путем добавления различных элементов для удовлетворения потребностей различных твердотельных батарей.
Применение ZrO2 в твердотельных аккумуляторах находит свое отражение в основном в оксидных твердых электролитах, таких как оксид лития-лантана-циркония (LLZO) и оксид лития-лантана-циркония-титана (LLZTO), которые существуют в кристаллических структурах типа граната. В этих твердых электролитах ZrO2 занимает очень важную долю. Например, в массе ЛЛЗО до спекания ZrO2 составляет около 25%. Кроме того, чтобы уменьшить межфазное сопротивление в твердотельных батареях и повысить эффективность миграции ионов лития, материалы положительных и отрицательных электродов обычно необходимо покрывать такими материалами, как LLZO. В то же время оксидные полутвердые батареи также должны иметь слой керамической диафрагмы, состоящий из таких материалов, как LLZO, что еще больше увеличивает количество ZrO2, используемого в твердотельных батареях.
С непрерывным развитием технологии твердотельных аккумуляторов и расширением областей их применения спрос на ZrO2 как твердое электролитное сырье будет продолжать расти. Ожидается, что в будущем ZrO2 будет играть более важную роль в области твердотельных батарей за счет дальнейшей оптимизации процесса подготовки, регулирования производительности и снижения затрат. В то же время, с постоянным появлением новых материалов твердотельных электролитов, ZrO2 также столкнется с более жесткой конкуренцией и проблемами. Однако благодаря своим уникальным свойствам и широким перспективам применения ZrO2 по-прежнему будет занимать незаменимые позиции в области твердотельных аккумуляторов.