为了提高陶瓷固态电解质（SSEs）的性能，人们往往会加入一些有效的填料。然而，由于传统方法的长期烧结往往会导致挥发性成分的严重损失，因此可供选择的烧结剂往往仅限于少数几种高度稳定的烧结剂。

近日，马里兰大学胡良兵教授报道了成功合成了一种具有高挥发性填充物（如Li₃N）的复合SSE，其无法通过传统方法获得。

文章要点

1）复合SSE是通过对碳材料进行焦耳加热的超快烧结工艺来获得，因此，由于快速的升温和冷却速度（10³∼10⁴ K/s），烧结时间从数小时缩短到了数秒。

2）研究人员以高挥发性Li₃N₄填料为模型体系，以LLZTO为固体电解质，采用超快烧结方法在1600 K下仅用20 s就制备出致密、高质量的Li₃N/LZTO薄膜。结果表明，Li₃N填充了LLZTO晶粒的空洞和针孔，并覆盖了LLZTO晶粒，其相对密度高达95%，离子电导率高达1.09×10⁻³ S cm⁻¹，电子电导率低达2×10⁻⁹ S cm⁻¹。

3）随着Li₃N的成功掺入，与纯LLZTO膜相比，复合SSE膜具有更高CCD值和更出色的循环稳定性。特别是，Li|Li₃N/LLZTO|Li电池分别在0.2和0.5 mA cm^-2下可以循环500和160 h，均优于Li|LLZTO|Li电池。

这项工作为陶瓷SSE及以后的合理成分和结构设计开辟了一条新的途径。可以预见，这种方法将广泛应用于一系列的复合系统，在这些复合系统中，具有很大不同物理化学性质的多个组件可以以高效的方式集成在一起。

参考文献

Min Hong, et al, Ultrafast Sintering of Solid-State Electrolytes with Volatile Fillers, ACS Energy Lett.2021

DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01554

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01554