วัตถุดิบหลักสำหรับอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง—เซอร์โคเนีย

ZrO2 เป็นวัสดุออกไซด์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูง มีความแข็งสูง และมีเสถียรภาพทางเคมีที่ดี มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง จึงสามารถรักษาคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง นอกจากนี้ ZrO2 ยังมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำและมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีอีกด้วย ทำให้เป็นหนึ่งในวัตถุดิบที่ต้องการสำหรับอิเล็กโทรไลต์แข็ง LLZO

ความแข็งสูง: ความแข็งของ ZrO2 เป็นอันดับสองรองจากเพชร และมีความทนทานต่อการสึกหรอสูง

จุดหลอมเหลวสูง: จุดหลอมเหลวของ ZrO2 สูงมาก (2715 ℃) จุดหลอมเหลวที่สูงและความเฉื่อยทางเคมีทำให้ ZrO2 เป็นวัสดุทนไฟที่ดี

ความเสถียรทางเคมีที่ดีเยี่ยม: ZrO2 มีความทนทานต่อสารเคมี เช่น กรดและด่างได้ดี และไม่สึกกร่อนง่าย

เสถียรภาพทางความร้อนที่ดี: ZrO2 ยังสามารถรักษาคุณสมบัติทางกลที่ดีและเสถียรภาพทางเคมีที่อุณหภูมิสูงได้

ความแข็งแรงและความเหนียวค่อนข้างมาก: ZrO2 ซึ่งเป็นวัสดุเซรามิกมีความแข็งแรงสูง (สูงถึง 1500MPa) แม้ว่าความเหนียวจะตามหลังโลหะบางชนิดมาก แต่เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุเซรามิกอื่นๆ เซอร์โคเนียมออกไซด์มีความเหนียวในการแตกหักสูงกว่าและสามารถต้านทานแรงกระแทกและความเครียดจากภายนอกได้ในระดับหนึ่ง

มีกระบวนการเตรียม ZrO2 มากมาย รวมถึงไพโรไลซิส โซลเจล การสะสมไอ ฯลฯ ในบรรดาขั้นตอนเหล่านี้ ไพโรไลซิสเป็นหนึ่งในวิธีการเตรียมที่ใช้กันมากที่สุด วิธีนี้จะทำปฏิกิริยาเพทายและวัตถุดิบอื่นๆ กับโลหะอัลคาไลหรือออกไซด์ของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ทที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างเซอร์โคเนต จากนั้นจึงได้ผง ZrO2 ผ่านการล้างด้วยกรด การกรอง การอบแห้ง และขั้นตอนอื่นๆ นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของ ZrO2 ยังสามารถควบคุมได้โดยการเติมองค์ประกอบต่างๆ เพื่อตอบสนองความต้องการของแบตเตอรี่โซลิดสเตตต่างๆ

การใช้ ZrO2 ในแบตเตอรี่โซลิดสเตตส่วนใหญ่จะสะท้อนให้เห็นในอิเล็กโทรไลต์ของแข็งออกไซด์ เช่น ลิเธียมแลนทานัมเซอร์โคเนียมออกไซด์ (LLZO) และลิเธียมแลนทานัมเซอร์โคเนียมไทเทเนียมออกไซด์ (LLZTO) ซึ่งมีอยู่ในโครงสร้างผลึกประเภทโกเมน ในอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งเหล่านี้ ZrO2 มีสัดส่วนที่สำคัญมาก ตัวอย่างเช่น ในมวลของ LLZO ก่อนการเผาผนึก ZrO2 คิดเป็นประมาณ 25% นอกจากนี้ เพื่อลดความต้านทานส่วนต่อประสานในแบตเตอรี่โซลิดสเตต และปรับปรุงประสิทธิภาพของการเคลื่อนย้ายลิเธียมไอออน วัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบมักจะต้องเคลือบด้วยวัสดุ เช่น LLZO ในเวลาเดียวกัน แบตเตอรี่กึ่งแข็งออกไซด์ยังจำเป็นต้องสร้างชั้นของไดอะแฟรมเซรามิกที่ประกอบด้วยวัสดุ เช่น LLZO ซึ่งจะเพิ่มปริมาณ ZrO2 ที่ใช้ในแบตเตอรี่โซลิดสเตตอีกด้วย

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีแบตเตอรี่โซลิดสเตตและการขยายขอบเขตการใช้งาน ความต้องการ ZrO2 ในฐานะวัตถุดิบอิเล็กโทรไลต์ของแข็งจะยังคงเติบโตต่อไป ในอนาคต ZrO2 คาดว่าจะมีบทบาทสำคัญในด้านแบตเตอรี่โซลิดสเตต ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเตรียมการ ควบคุมประสิทธิภาพ และลดต้นทุน ในเวลาเดียวกัน ด้วยการเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องของวัสดุอิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตตใหม่ ZrO2 จะเผชิญกับการแข่งขันและความท้าทายที่รุนแรงมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ด้วยคุณสมบัติเฉพาะตัวและความเป็นไปได้ในการใช้งานในวงกว้าง ZrO2 จะยังคงมีตำแหน่งที่ไม่สามารถทดแทนได้ในด้านแบตเตอรี่โซลิดสเตต