陶瓷基固体电解质和隔膜作为增加电化学稳定窗口和提高安全性的一种方式，在下一代电池中极具应用潜力。然而，具有更高能量密度的电池需要厚度与锂离子电池中的聚合物隔膜（例如，10-25 μm）相当的薄膜。迄今为止，传统的陶瓷-电解质加工路线无法实现这一目标，它们通常基于烧结原理：从颗粒到致密的陶瓷体。

近日，麻省理工学院Jennifer L.M. Rupp提出了一种名为顺序分解合成（SDS）的陶瓷制造方法，该方法在将最高工艺温度保持在<700 °C的情况下，生成厚度在1至10 µm之间的陶瓷薄膜。

文章要点

1）为了设计这样一条陶瓷加工路线，研究人员必须解决在薄膜形成的热解步骤中由于干裂纹的形成而导致的厚度限制（<1 µm）的现有问题。热解陶瓷的厚度限制通常源于所有金属盐和有机物在接近温度的单一事件中分解或蒸发，导致大量的突然质量损失、收缩和破裂，类似于Pechini方法中的自燃。

2）SDS陶瓷加工方法建立在具有相当宽范围的可溶性Li盐的基础上，所述可溶性Li盐可在比许多其它形成金属氧化物的盐潜在更高的温度下分解，并且建立在许多含Li氧化物可在相对较低温度下加工的能力上。例如，在锂石榴石的SDS处理中，可以利用该方法的能力来定义两组分解事件。在第一种情况下，可以选择性地将非锂离子Al、Zr和La从含有所有金属盐的热解溶液中带入含有完整Li硝酸盐的无定形焦绿石状La₂Zr₂O₇相。之后在更高的温度下将Li盐溶解在预制的La₂Zr₂O₇焦绿石相中。

3）SDS工艺提供了新的程度来分离分解化学反应和控制干燥，导致锂石榴石的“无烧结”生产和独特的约80-500的高颗粒与膜厚度纵横比，这可以防止锂丝的增长并调节膜的电化学性质。此外，使用SDS在低温下对Li石榴石进行“无烧结”致密化，可在未来集成更广泛的无钴正极，如LiFePO₄或LiNi_0.5Mn_1.5O₄，其符合低成本SDS合成氧化物电解质的相稳定性要求，如LLZO。另一个特征是在陶瓷合成中建立过量Li以解决加热过程中Li损失的更广泛的适应性，这些Li直接从喷涂的前体溶液转移到致密化膜中。这一特征确保了在低温下异常高水平的相控制，这在传统的煅烧、烧结或反应烧结路线中难以实现。

参考文献

Zachary D. Hood, et al, A Sinter-Free Future for Solid-State Battery Designs, Energy Environ. Sci., 2022

DOI: 10.1039/D2EE00279E

https://doi.org/10.1039/D2EE00279E