非接触式氢氧化锂 (LiOH) 烧结床粉末对于在高温烧结过程中保持复合正极的化学完整性至关重要。它能创造富锂气氛，抵消锂在超过 1000 °C 的温度下的自然挥发性，从而有效防止活性材料降解。
LiOH 烧结床粉末的主要功能是通过产生高分压锂蒸气来抑制锂损失。这种补偿性气氛可防止高阻抗相的形成，确保复合正极保持正确的化学计量和界面稳定性。
高温烧结的挑战
锂的挥发性
制备高性能复合正极通常需要共烧结工艺，其温度会超过1000 °C。
在这些高温下，活性材料（如LLZTO（锂镧锆钽氧化物）和LCO（钴酸锂））中的锂会变得高度挥发。
若无干预，这种锂会轻易从材料结构中蒸发，导致严重的化学不稳定性。
锂损失的后果
当锂因蒸发而损失时，活性材料会开始分解。
这种分解会从根本上改变材料的成分，导致生成不需要的副产物。
具体而言，此过程会形成高阻抗相，如La2O3（氧化镧）或LaCoO3（钴酸镧），这会大大降低正极的性能。
LiOH 烧结床粉末的工作原理
创建蒸气屏障
LiOH 烧结床粉末在封闭的烧结环境中充当牺牲性锂源。
当炉子加热时，LiOH 会发生热分解，向腔室释放锂蒸气。
提高分压
这种释放会产生一个锂蒸气分压高的环境。
通过使气氛饱和锂，该工艺可有效抑制正极材料中锂的蒸发。
它创造了一个热力学平衡，其中锂离开正极的趋势被周围的蒸气所抵消。
保持化学计量
通过抑制锂损失，烧结床粉末可确保复合正极的化学计量保持完整。
这可以防止 LLZTO 和 LCO 等材料的结构退化。
最终，这可以维持稳定的复合正极界面，这对于高性能电池运行至关重要。
关键考虑因素和风险
省略的后果
重要的是要理解，跳过此步骤不仅仅是细微的优化问题；它是一个潜在的故障点。在 1000 °C 以上的烧结温度下，没有补偿性锂源，高阻抗相的形成几乎是不可避免的。这会导致正极导电性差和电化学性能下降。
相的特异性
LiOH 提供的保护对于防止复杂氧化物分解是特异性的。参考资料特别强调了防止La2O3和LaCoO3的形成，这表明 LiOH 大气经过调整，可以稳定镧和钴基结构，抵抗锂的消耗。
为您的目标做出正确选择
为确保您的烧结工艺能够生产出高性能正极，请考虑以下关于烧结环境的因素：
- 如果您的主要关注点是化学稳定性：确保封闭环境包含足够的 LiOH，以维持蒸气压，平衡您特定活性材料（例如 LLZTO）中锂的挥发性。
- 如果您的主要关注点是电性能：利用 LiOH 烧结床严格防止形成 La2O3 等高阻抗相，这些相会成为离子和电子传输的瓶颈。
通过使用 LiOH 控制大气分压，您可以将破坏性的高温工艺转变为稳定的工艺。
总结表：
| 特征 | 在烧结过程中的功能 |
|---|---|
| 气氛控制 | 产生高分压锂蒸气 |
| 材料完整性 | 防止 LCO 和 LLZTO 活性材料中的锂损失 |
| 相预防 | 抑制 La2O3 和 LaCoO3 等高阻抗相的形成 |
| 温度目标 | 共烧结工艺超过 1000 °C 时必不可少 |
| 最终结果 | 保持化学计量和界面稳定性 |
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参考文献
- Steffen Weinmann, Kunjoong Kim. Stabilizing Interfaces of All‐Ceramic Composite Cathodes for Li‐Garnet Batteries. DOI: 10.1002/aenm.202502280
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
