基于双层架构的全固态卤化物 LLZO 电池正极渗透工艺
全固态电池 (ASSBs) 中的无机固态电解质如锂基石榴石型氧化物 (Li7La3Zr2O12, LLZO) 具有优异的热稳定性和宽电化学窗口。然而，LLZO 和正极活性物质 (CAM) 之间的固-固点接触在电池循环过程中容易失效。采用 3D 多孔 LLZO 骨架结构增加接触面积是主流的解决方案。
这一结构同时要求正极材料能向纳米/微米级深孔内部进行有效渗透与填充。在传统的简单滴涂法中，孔口极易被率先堵塞，导致内部渗透不完全。
制备工艺与结构设计
劳伦斯伯克利国家实验室的研究团队提出了一种制备双层 LLZO 结构的改良工艺路线。其在通过带式流延法 (tape casting) 制备致密电解质基底层之上，额外设计了含 PMMA 造孔剂的多孔骨架层和一层牺牲层 (sacrificial layer)。通过协同共烧结技术并在此后移除表面多余残留物，有效拓宽了表面孔隙，形成了允许更大体积 CAM 通过的渗透通道。随后引入超声振动辅助滴涂技术，大幅提升了活性物质在深度方向的填充均一性。
双层 LLZO 结构设计。
横截面微观形貌与元素分布表征
研究人员重点考察了填充后不同深度横截面的微观结构特征。横截面的扫描电子显微镜 (SEM) 和能量色散 X 射线光谱 (EDS) 表征，直接揭示了造孔剂剥离后留下的孔隙形态以及 CAM 在骨架内部的三维分布。观测数据显示，经过优化处理的截面在大于 30 μm 的渗透深度上保持了极高的填充率，消除了传质死区与颗粒团聚阻断。
LLZO 渗透结构的横截面微观结构与元素映射。EDS 图谱证实了特定正极金属元素在多孔陶瓷深处的均匀分布。
截面高分辨 SEM 样品的前处理
在利用 SEM 获取如上图所示的高分辨内部截面形貌以及精准的 EDS 成分面分布时，制样步骤极为关键。由于 LLZO 本身为离子导电但电子绝缘的陶瓷材料，在数千伏高能电子束连续扫描下会产生严重的电荷积累。由荷电效应 (Charging Effect) 引起的图像发亮、伪影或电子漂移会直接掩盖微孔细节，并导致 EDS 定量失准。该研究团队在截面表征前采用自动离子溅射仪 (Automatic Sputter Coater) 对断面沉积了极薄的金钯合金 (Au/Pd) 层。该镀层既构建了导出电荷的高速电子通道，又因为具备极小的成膜颗粒度，避免了金属岛状物的覆盖对固-固界面相容性判断构成的干扰。
针对此类依赖高分辨电子显微分析和可重复制样的电池及材料表征，广州竞赢科学仪器的 JY-S120A 全自动离子溅射仪具备一套标准前处理方案。其采用低压直流磁控溅射技术，能在冷腔态下均匀沉积晶粒细密、厚度一致的导电薄膜（包含 Au、Pt、Au/Pd 等多种靶材通用兼容）。仪器预载的数字恒流算法与一键自动化方案管理功能可消除人为操作引入的批次离散性，满足固态电解质断面、敏感聚合物及无机陶瓷粉末标准化、高通量的 SEM 制样规范要求。
小结
借助牺牲层移除进行孔隙拓宽外加振动辅助，双层 LLZO 固态电解质的深层电化学活性接触面被充分激活。该工艺数据直接证实了 3D 骨架造孔与孔口预拓宽技术能够有效压制无机刚性陶瓷电解质的固-固界面传输阻抗。
参考资料
Go, W., Parkinson, D., Clark, E., Doeff, M., & Tucker, M. (2026). Developing cathode infiltration processes for all-solid-state bilayer LLZO cells. Journal of Power Sources , 661, 238595-238595. Report #: ARTN 238595. OSTI ID: 3000202. http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.238595 Retrieved from https://escholarship.org/uc/item/3rs1x2kd
设备咨询：广州竞赢科学仪器有限公司 www.jy-scientific.com
销售热线：020-38844987
