Li₇La₃Zr₂O₁₂ (LLZO)石榴石固体电解质的微观结构对其在全固态锂离子电池中的性能至关重要。在常规高温烧结过程中，由于烧结助剂与LLZO之间的反应，在晶界处生成第二相，这对LLZO的性能有很大的影响。然而，缺乏对第二相的详细结构研究及其对物理性质的影响。

近日，上海科技大学Yi Yu用γ-氧化铝作为烧结助剂制备了掺钽LLZO (LLZTO)球团，并用FIB和TEM对分布在晶界上的第二相进行了详细的研究。

文章要点

1）已经确定了晶界中Li-Al-O第二相的三种不同结构:γ-LiAlO₂、α-Li₅AlO₄和β-Li₅AlO₄。所有这些Li-Al-O相在电子束辐照下都会受到严重的束损伤，从而阻碍原子级成像。

2) 通过使用低剂量率畸变校正的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)和低剂量畸变校正的扫描透射电子显微镜(STEM ),解决了束流损伤问题，并成功获得了第二相的原子尺度晶格信息。

3）最后，研究了第二相的结构-性质关系。结论是，理论上所有三种类型的Li-Al-O第二相都能抑制Li枝晶。需要降低烧结助剂中的Al含量，并且在烧结过程中优选烧结助剂的均匀分散，以产生富含Li的Li-Al₂O₃第二相，从而提高固体电解质的离子电导率。

参考文献

Xiangchen Hu, Microstructure of the Li−Al−O Second Phases in Garnet Solid Electrolytes, Nano Lett., 2023

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04135

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04135