LLZO

_El óxido de litio, lantano y zirconio _{( LLZO} , Li₇La₃Zr₂O₁₂ ) o zirconato de litio y lantano es un _material de granate relleno de litio que se está investigando para su uso en electrolitos de estado sólido en tecnologías de baterías basadas en litio. [ ^{1 ] [ 2 ] El} LLZO tiene una alta conductividad iónica y estabilidad térmica y química frente a reacciones con posibles materiales de electrodo, principalmente litio metálico, lo que le da una ventaja para su uso como electrolito en baterías de estado sólido . ^{[ 3 ]} El LLZO exhibe características favorables, incluyendo la accesibilidad de los materiales de partida, la rentabilidad y procesos de preparación y densificación sencillos. Estos atributos posicionan a este granate de litio que contiene zirconio como un electrolito sólido prometedor para baterías recargables de iones de litio de estado sólido.

Además, el LLZO demuestra una conductividad total notable, superando a la mayoría de los demás conductores sólidos de iones de litio y a muchos granates de litio. El hecho de que las conductividades total y volumétrica sean del mismo orden de magnitud distingue al óxido de tipo granate LLZO como particularmente atractivo en comparación con otros conductores cerámicos de iones de litio. Esto sugiere que el LLZO, con su estructura similar a la del granate, ofrece un gran potencial para mejorar el rendimiento de las baterías recargables de iones de litio de estado sólido. ^{[ 4 ]}

Dado que el oxígeno, el circonio y el lantano en el LLZO están rígidamente unidos en la estructura tipo granate, ^{[ 5 ]} su movilidad será insignificante a temperaturas de funcionamiento y, por lo tanto, el movimiento iónico se debe al transporte de iones Li ⁺ .

The enhanced lithium ion conductivity and reduced activation energy observed in LLZO, compared to other lithium-containing garnets, can be attributed to several factors. These include an expansion in the cubic lattice constant, an increase in lithium ion concentration, reduced chemical interactions between Li⁺ ions and other lattice ions, and improved densification. Even when compared to the conductivity of the relatively unstable polycrystalline Li₃N at lower temperatures,^[6] LLZO demonstrates comparable performance. However, at elevated temperatures, LLZO outperforms Li₃N, exhibiting a higher total conductivity.

LLZO has two stable phases: the tetragonal phase and the cubic (Cubic crystal system) phase. Although the tetragonal phase can be obtained at lower synthesis temperatures than the cubic phase, the latter has higher conductivity than the former.^[7] Both phases possess the same structural framework but there is a difference in the distribution of Li atoms, which dominantly determines the ionic conductivity of LLZO, Li ions have more available sites for migration in the cubic phase than in the tetragonal phase.^[8] Moreover, the cubic phase LLZO is very stable in air while the tetragonal phase suffers from a phase transition occurring at around 100 – 150 °C in air.^[9]

Press reports have stated that LLZO is believed to be the electrolyte used by QuantumScape for their solid-state lithium metal battery.^[10]

Japanese company Niterra is working on next-generation Lithium ion battery with LLZO as electrolyte.^[11]

LLZO has also been used as an electrolyte material in next-generation lithium-sulfur batteries.^[12]