TW202313479A - 鋰鑭鋯氧化物(llzo)材料 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示用於生產用於鋰離子電池之具有小粒子尺寸及高密度之氧化鋰材料，諸如鋰鑭鋯氧化物(LLZO)之材料及方法。一些實施例係關於形成及然後在存在氫氣下在低於碳酸鋰之熔點之溫度下加熱包含碳酸鋰及La 2Zr 2O 7之多相材料，使得碳酸鋰之至少一部分分解以形成氧化鋰。於一些實施例中，將氧化鋰加熱至足以使氧化鋰結晶以形成包含鋰鑭鋯氧化物(LLZO)粒子之固體電解質材料之溫度。

Description

鋰鑭鋯氧化物(LLZO)材料
於一些實施例中，本發明大體上係關於氧化鋰，包含經摻雜及未經摻雜之鋰鑭鋯氧化物(LLZO)材料之製造，及生產方法。
於鋰離子電池中，鋰鈷氧化物習知上用作陰極材料。然而，已開發及使用許多替代材料體系。一般地，鋰及氧為材料體系之必需部分。通常，鈷可由其他金屬元素(諸如鎳及錳)完全或部分替換。出於此原因，可將大多數鋰離子電池描述為鋰金屬氧化物電池。
鋰金屬氧化物係呈固體粉末生產。粉末之微結構、形態學、粒子尺寸及粉末中之可能污染之程度及類型於選擇粉末作為用作鋰離子電池之陰極之適宜材料中起著決定性作用。此等性質影響電池之電化學特性。特定言之，能量密度係極其重要。例如，能量密度可影響電動車輛可行駛之距離且受以上提及之微結構參數影響。
因此，必須精確調整鋰金屬氧化物材料之微結構。鋰金屬氧化物為氧化鋰及其他金屬氧化物之混合晶體。此等混合晶體習知上藉由在高溫(通常介於800與1000℃之間)下在特定大氣條件下熱處理個別氧化物之混合物形成。個別氧化物繼而藉由將各種原料添加至混合物中提供。起始原料通常為鋰及其他各自金屬元素之氫氧化物或碳酸鹽。藉由熱處理此等起始材料，水(H 2O)或二氧化碳(CO 2)在高溫下釋放。剩餘氧化物後來藉由進一步處理參與混合晶體中。一般地，於材料之製造方法中，於第一步驟中各種氧化物自相同元素之各自氫氧化物或碳酸鹽提取，及然後於第二步驟中，自此等氧化物產生所需混合晶體。
第一步驟(其中兩種固體一起反應以形成第三固體及釋放氣體)被稱作煅燒。第二步驟被稱作燒結或固體擴散。煅燒幾乎與時間無關，一開始反應所需之溫度及起始材料可得就發生。然而，通常煅燒係在高溫下進行，引起材料之粒子尺寸在該方法期間非所需增長。此外，達成用於緻密膜之氧化鋰材料係困難的，因為在該方法期間產生之氣體之作用。
因此，需要用於生產具有小粒子尺寸及高密度之氧化鋰材料之新穎方法。
本文中一些實施例係關於一種生產固體電解質材料之方法，該方法包括：在存在氫氣下在低於碳酸鋰之熔點之溫度下加熱包含碳酸鋰之多相材料，使得該碳酸鋰之至少一部分分解以形成氧化鋰；及將該氧化鋰加熱至足以使該氧化鋰結晶以形成固體電解質材料之溫度，該固體電解質材料包含鋰鑭鋯氧化物(LLZO)粒子。
於一些實施例中，該多相材料之平均粒子尺寸係介於約20 nm與約1000 nm之間。於一些實施例中，該多相材料之平均粒子尺寸為約300 nm。
於一些實施例中，該多相材料進一步包含鑭(La)。於一些實施例中，該多相材料進一步包含鋯(Zr)。於一些實施例中，該多相材料進一步包含鑭(La)及鋯(Zr)。於一些實施例中，該多相材料進一步包含鑭鋯氧化物。於一些實施例中，該多相材料進一步包含La 2Zr 2O 7。
於一些實施例中，該LLZO進一步包含一或多種摻雜劑。於一些實施例中，該一或多種摻雜劑包括鋁(Al)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鎵(Ga)或硼(B)中之至少一者。於一些實施例中，該LLZO進一步包含LaAlO 3或La 2(Li 0.5Al 0.5)O 4中之至少一者。
於一些實施例中，該多相材料進一步包含LiAlLaO 2、Li 2ZrO 3、ZrO 2、LaAlO 3、Li 2Zr 2O 7、La 2O 3、La 2(Li 0.5Al 0.5)O 4、LiLaO 2、Li 5AlO 4、La 2O 2CO 3或Li aZr bO c中之至少一者，其中1≤ a ≤ 8，1 ≤ b ≤ 2且1 ≤ c ≤ 7。
於一些實施例中，該固體電解質材料進一步包含一或多種摻雜劑。於一些實施例中，該一或多種摻雜劑包括鋁(Al)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鎵(Ga)或硼(B)中之至少一者。
於一些實施例中，該固體電解質材料之平均粒子尺寸係介於約20 nm與約1000 nm之間。於一些實施例中，該固體電解質材料之平均粒子尺寸為約300 nm。
於一些實施例中，該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少50重量%。於一些實施例中，該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少75重量%。於一些實施例中，該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少90重量%。於一些實施例中，該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少99重量%。
於一些實施例中，將該多相材料加熱及將該氧化鋰加熱之總時間係介於約2小時與約20小時之間。於一些實施例中，將該多相材料加熱約1小時與約10小時之間。於一些實施例中，將該氧化鋰加熱約1小時與約10小時之間。
於一些實施例中，該方法進一步包括自該固體電解質材料形成薄膜。
於一些實施例中，該碳酸鋰之至少一部分在將該多相材料加熱時形成過氧化鋰。於一些實施例中，該氧化鋰係在高於600℃之溫度下加熱。於一些實施例中，將該氧化鋰加熱至高於640℃之溫度。於一些實施例中，將該氧化鋰於含氧氛圍中加熱。於一些實施例中，將該氧化鋰在不存在氫氣下加熱。於一些實施例中，在該方法期間發生之鋰損失之量係小於3重量%。
於一些實施例中，該方法進一步包括使用微波電漿方法形成該多相材料，該微波電漿方法包括：將一或多種原料材料輸入微波生成之電漿中以形成該多相材料；及收集該多相材料。
本文中一些實施例係關於一種生產鋰鑭鋯氧化物(LLZO)粒子之方法，該方法包括：在存在氫氣下在低於碳酸鋰之熔點之溫度下加熱包含碳酸鋰及La 2Zr 2O 7之多相材料，使得該碳酸鋰之至少一部分分解以形成氧化鋰；及將該氧化鋰加熱至足以使該氧化鋰結晶以形成鋰鑭鋯氧化物(LLZO)粒子之溫度。
於一些實施例中，該多相材料之平均粒子尺寸係介於約20 nm與約1000 nm之間。於一些實施例中，該多相材料之平均粒子尺寸為約300 nm。
於一些實施例中，該LLZO進一步包含一或多種摻雜劑。於一些實施例中，該一或多種摻雜劑包括鋁(Al)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鎵(Ga)及硼(B)中之至少一者。於一些實施例中，該LLZO進一步包含LaAlO 3或La 2(Li 0.5Al 0.5)O 4中之至少一者。
於一些實施例中，該多相材料進一步包含LiAlLaO 2、Li 2ZrO 3、ZrO 2、LaAlO 3、La 2O 3、La 2(Li 0.5Al 0.5)O 4、LiLaO 2、Li 5AlO 4、La 2O 2CO 3或Li aZr bO c中之至少一者，其中1≤ a ≤ 8，1 ≤ b ≤ 2且1 ≤ c ≤ 7。
於一些實施例中，該LLZO之平均粒子尺寸係介於約20 nm與約1000 nm之間。於一些實施例中，該LLZO之平均粒子尺寸為約300 nm。
於一些實施例中，該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少50重量%。於一些實施例中，該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少75重量%。於一些實施例中，該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少90重量%。於一些實施例中，該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少99重量%。
於一些實施例中，將該多相材料加熱及將該氧化鋰加熱之總時間係介於約2小時與約20小時之間。於一些實施例中，將該多相材料加熱約1小時與約10小時之間。於一些實施例中，將該氧化鋰加熱約1小時與約10小時之間。
於一些實施例中，該方法進一步包括自該等LLZO粒子形成薄膜。於一些實施例中，該碳酸鋰之至少一部分在將該多相材料加熱時形成過氧化鋰。
於一些實施例中，該氧化鋰係在高於600℃之溫度下加熱。於一些實施例中，將該氧化鋰加熱至高於640℃之溫度。於一些實施例中，將該氧化鋰於含氧氛圍中加熱。於一些實施例中，將該氧化鋰在不存在氫氣下加熱。於一些實施例中，在該方法期間發生之鋰損失之量係小於3重量%。
於一些實施例中，該方法進一步包括使用微波電漿方法形成該多相材料，該微波電漿方法包括：將一或多種原料材料輸入微波生成之電漿中以形成該多相材料；及收集該多相材料。
本文中一些實施例係關於一種生產多相材料之方法，該方法包括：製備包含鑭及鋯之原料；將該原料引入微波電漿炬、該微波電漿炬之電漿羽及/或該微波電漿炬之排氣中；及將該微波電漿炬、該微波電漿炬之電漿羽及/或該微波電漿炬之排氣內之該原料加熱以形成該多相材料，該多相材料包含碳酸鋰及鋯酸鑭。
於一些實施例中，該多相材料進一步包含下列中之至少一者：鋁酸鑭、鋰鋁氧化物及碳酸二鑭二氧化物。於一些實施例中，該多相材料包含該碳酸鋰及鋯酸鑭於該多相材料之單一粒子中之相。
於一些實施例中，該方法進一步包括在存在氫氣下在低於該碳酸鋰之熔點之溫度下將該多相材料加熱，使得該碳酸鋰之至少一部分分解以形成氧化鋰。於一些實施例中，該方法進一步包括將該氧化鋰加熱至足以使該氧化鋰結晶以形成鋰鑭鋯氧化物(LLZO)粒子之溫度。
本文中一些實施例係關於一種多相材料，其包含碳酸鋰及鋯酸鑭於該多相材料之單一粒子中。
於一些實施例中，該多相材料藉由包含以下之方法形成：製備包含鑭及鋯之原料；將該原料引入微波電漿炬、該微波電漿炬之電漿羽及/或該微波電漿炬之排氣中；及將該微波電漿炬、該微波電漿炬之電漿羽及/或該微波電漿炬之排氣內之該原料加熱以形成該多相材料。於一些實施例中，該方法進一步包括在存在氫氣下在低於該碳酸鋰之熔點之溫度下將該多相材料加熱，使得該碳酸鋰之至少一部分分解以形成氧化鋰。於一些實施例中，該方法進一步包括將該氧化鋰加熱至足以使該氧化鋰結晶以形成鋰鑭鋯氧化物(LLZO)粒子之溫度。
於一些實施例中，該多相材料進一步包含下列中之至少一者：鋁酸鑭、鋰鋁氧化物及碳酸二鑭二氧化物。於一些實施例中，該多相材料包含該碳酸鋰及鋯酸鑭於該多相材料之單一粒子中之相。本文中一些實施例係關於一種鋰鑭鋯氧化物(LLZO)材料，其藉由包含以下之方法形成：在存在氫氣下在低於碳酸鋰之熔點之溫度下加熱包含碳酸鋰及La 2Zr 2O 7之多相材料，使得該碳酸鋰之至少一部分分解以形成氧化鋰；及將該氧化鋰加熱至足以使該氧化鋰結晶以形成鋰鑭鋯氧化物(LLZO)粒子之溫度。
以引用的方式併入任何優先權申請案
本申請案主張2021年7月30日申請之美國臨時申請案第63/203,810號及2021年10月29日申請之臨時申請案63/273,833根據35 U.S.C. §119(e)之優先權益，其各者之全部揭示內容係以引用的方式併入本文中。
雖然以下揭示某些較佳實施例及實例，但是本發明標的超出特定揭示之實施例延伸至其他代替實施例及/或用途及其修改及等效物。因此，隨附於此之申請專利範圍之範圍不由下述特定實施例中之任一者限制。例如，於本文中所揭示之任何方法或製程中，方法或製程之動作或操作可以任何適宜順序進行且不一定限於任何特定揭示之順序。繼而可將各種操作描述為多個離散操作，以可有助於理解某些實施例之方式；然而，描述順序不應解釋為暗示此等操作係順序依賴性。另外，本文中所述之結構、系統及/或裝置可作為整合組分或作為單獨組分實施。出於比較各種實施例之目的，描述此等實施例之某些態樣及優點。所有此等態樣或優點不一定藉由任何特定實施例達成。因此，例如，各種實施例可以達成或最佳化如本文中所教示之一個優點或優點組而不一定達成如本文中亦可教示或建議之其他態樣或優點的方式進行。
現將描述某些示例性實施例以提供本文中所揭示之裝置之結構、功能、製造及用途及方法之原理的全面理解。此等實施例之一或多個實例係以附圖說明。熟習此項技術者應瞭解，本文中特定描述及附圖中說明之裝置及方法為非限制性示例性實施例及本發明之範圍僅由申請專利範圍限定。結合一個示例性實施例說明或描述之特徵可與其他實施例之特徵組合。此等修改及變化意欲包含於本發明技術之範圍內。
用於固態電池單元之離子導電陶瓷之有前景類別係基於鋰鑭鋯氧化物(LLZO)。此等材料具有至多10 -3S/cm之室溫離子導電率且具有優異電化學穩定性。可將本發明之實施例併入固態電池，諸如隔板、電極、陽極及/或陰極中。此等組件可自來自對粒子尺寸、粒度分佈及高化學純度材料之嚴格控制之效益而受益，其於本文中有利地揭示。
本文中揭示用於生產用於鋰離子電池之具有小粒子尺寸及高密度之氧化鋰材料(諸如LLZO)之材料及方法。於一些實施例中，根據本文中實施例之方法可包括煅燒方法，其中將起始材料在存在氫氣下在存在或不存在氧氣下加熱。於一些實施例中，該等起始材料可使用微波電漿方法合成，其可產生具有介於約20 nm與約1000 nm之間之平均粒子尺寸之包含碳酸鋰及金屬氧化物的多相起始材料。於一些實施例中，該多相起始材料可具有約20 nm、約40 nm、約60 nm、約80 nm、約100 nm、約120 nm、約140 nm、約160 nm、約180 nm、約200 nm、約220 nm、約240 nm、約260 nm、約280 nm、約300 nm、約320 nm、約340 nm、約360 nm、約380 nm、約400 nm、約420 nm、約440 nm、約460 nm、約480 nm、約500 nm、約520 nm、約540 nm、約560 nm、約580 nm、約600 nm、約620 nm、約640 nm、約660 nm、約680 nm、約700 nm、約720 nm、約740 nm、約760 nm、約780 nm、約800 nm、約820 nm、約840 nm、約860 nm、約880 nm、約900 nm、約920 nm、約940 nm、約960 nm、約980 nm、約1000 nm或介於以上提及之值中之任何值之平均粒子尺寸。於一些實施例中，在多相材料(例如，碳酸鋰/La 2Zr 2O 7多相材料)之煅燒期間，多相材料之碳酸鋰可分解以形成氧化鋰。於一些實施例中，氫氣之存在允許多相材料在低於碳酸鋰之熔點之溫度下煅燒。於一些實施例中，電漿處理可產生不可藉由其他生產方法達成之獨特起始多相材料。特定言之，電漿處理可產生包含碳酸鹽及氧化物之混合物於單一粒子內之材料。使用其他生產方法來源之材料相反地展示碳酸鋰及氧化物之單獨粒子。在熱處理期間，包含混合相粒子之經電漿處理之多相材料期望地形成較由單獨相粒子製備之材料具有更少燒結/生長之LLZO。於一些實施例中，減少之燒結及生長為最終LLZO材料之效益。
於一些實施例中，碳酸鋰之至少一部分可經由煅燒方法轉化成氧化鋰，在此期間可將起始多相材料在低於碳酸鋰之熔點之溫度下加熱。例如，於一些實施例中，超過50重量%、超過60重量%、超過70重量%、超過75重量%、超過80重量%、超過85重量%、超過90重量%、超過95重量%、超過99重量%或超過99重量%之碳酸鋰可在存在氫氣下加熱碳酸鋰期間轉化成氧化鋰。於一些實施例中，於碳酸鋰之至少一部分轉化成氧化鋰後，可將製程溫度增加至更高溫度，有時高於碳酸鋰之熔點(例如，高於723℃)，以將氧化鋰及金屬氧化物快速結晶以長出緻密LLZO粒子。於一些實施例中，可形成緻密LLZO薄膜。於一些實施例中，由於存在氫氣，用於本文中所述方法中之煅燒溫度可顯著低於習知煅燒方法。此等更低溫度具有各種有益效應，包括透過減少之能量使用及減少之鋰損失降低生產成本，及由於在煅燒階段期間減少之燒結，所生產之材料之品質提高。
於一些實施例中，微波電漿方法及裝置可用於生產包含碳酸鋰及一或多種金屬氧化物之多相材料之極小粒子之材料。若將此材料直接燒結，則可形成主要為LLZO之材料。然而，因為在燒結期間藉由碳酸鹽產生之氣體，難以達成LLZO之緻密膜。於一些實施例中，本文中所述方法可生產當澆鑄及燒結時，幾乎不產生氣體及容易關閉孔使其完全緻密之材料。
因此，於一些實施例中，間隙熱處理步驟(即，煅燒)可用於將起始材料之碳酸鋰分解成氧化物，之後將該材料澆鑄成膜。於一些實施例中，在此步驟期間使粒子保持小的，使得粒子良好澆鑄及容易燒結在一起成膜可係重要的。當使用此分解之標準條件(例如，700℃於O 2或N 2範圍中)時，存在粒子之顯著燒結，使得粒子可自約200 nm生長至約1.5 μm，其中許多粒子熔合在一起。因此，於一些實施例中，熱處理包括將起始材料在低於碳酸鋰之熔點之溫度下加熱以防止此生長及燒結。一般地，碳酸鋰在低於其熔點下不分解。然而，於一些實施例中，當在存在氫氣下經歷熱處理時，發現碳酸鋰在低至600℃或甚至更低(取決於氫氣之濃度)之溫度下可分解成氧化鋰，具有少量粒子生長。例如，碳酸鋰可在620℃之溫度下使用含3% H 2之氮氣氛圍分解。結果，於一些實施例中，所得材料之粒子尺寸可係足夠小以良好澆鑄成緻密膜。於一些實施例中，該等材料可在更低煅燒溫度下能形成可達成之緻密膜，較習知方法具有更少鋰損失及更少晶粒生長，成本更低。
用於LLZO材料之典型方法導致呈生坯狀態之材料之填充不良、粒子間接觸不良、由於大的粒子尺寸之燒結之低驅動力及粒子與其他粒子之協調不良。生坯狀態可經定義為於形成後但是在燒結之前之粒子。當LLZO粉末經由研磨及/或噴霧熱解產生時，無缺陷隔板之快速全密度燒結可不發生。例如，利用藉由此等方法製備之LLZO產生之隔板膜可具有殘留多孔性及大的晶粒尺寸分佈，其可導致提早失效。
優越LLZO可使用藉由電漿處理(諸如微波電漿處理)產生之起始材料製備。已使用藉由電漿處理產生之起始材料加工之LLZO可包含具有緊密尺寸分佈(例如，介於20 nm與1000 nm之間)、所需化學計量學及變化之晶體結構之球形粒子。於一些實施例中，使用本文中起始材料製備之LLZO可具有細小粒子尺寸，其展示在燒結期間使材料緻密之更大驅動力，其促進與傳統製備之LLZO材料相比之更短燒結時間及更低溫度。緊密粒度分佈及球形形態學可允許高填充分率，其加速燒結。此外，緊密粒子尺寸及球形形態學可減少穩定孔之出現，該等穩定孔不可燒結出來。較少穩定孔可導致材料之最終品質之提高。緊密尺寸分佈亦可導致可控晶粒生長，其防止創造過大晶粒及寬晶粒尺寸分佈之異常生長。 電漿處理
於一些實施例中，用於產生用於煅燒之起始材料之原料可為相關元素之金屬鹽，諸如鋰、鑭、鋯、鉭及鋁之硝酸鹽及乙酸鹽。可將此等鹽以正確比例溶解及混合，以獲得所需化學計量學。於一些實施例中，可使用金屬鹽之混合物。
於一些實施例中，可將鑭、鋰及鋁之硝酸鹽與鋯之乙酸鹽混合以產生溶液原料及產生所需化學計量學。於一些實施例中，與硝酸鋰相反，可使用氫氧化鋰以增加鹽之鋰百分比。於一些實施例中，用於產生用於煅燒材料之起始材料之其他原料可為與分散介質混合及含於載劑溶液中之尺寸範圍自20至1000 nm之含非鋰陶瓷粉末粒子以產生分散液、懸浮液、漿液或相似混合物。該載劑溶液可為水、醇或其他非極性溶劑。
於一些實施例中，可將碳酸鋰部分溶解於載劑溶液中及與於水及分散介質(諸如Triton X)中混合之化學計量比率之氧化鑭、氧化鋯及氧化鋁混合以形成穩定懸浮液。於一些實施例中，該分散液或漿液可含有與可溶性金屬鹽混合之陶瓷氧化物粉末之組合。可將硝酸鋰及硝酸鑭與鋯及鋁氧化物於水中混合以形成漿液。
溶液前驅體可藉由將所關注之鋰、鑭、鋯及摻雜劑(諸如鋁)之金屬鹽以化學計量比率溶解於溶劑(諸如水)中或於分散液之情況下，將粉末分散於載劑溶液中形成。可計算各鹽之數量以提供待製備之LLZO材料之所需最終化學計量學。於摻雜劑之情況下，可相應調整調配物之化學計量學。於一些實施例中，鋁代替LLZO結構中之鋰。於一些實施例中，可在處理期間將鋰或鑭汽化，其可降低最終產物中之金屬之產率。可增加金屬鹽之量以補足汽化之金屬。
圖1說明根據本發明之實施例，可用於生產材料之示例性微波電漿炬。如上所討論，可將進料9，10引入引入區3中之微波電漿炬2中，該炬維持微波生成之電漿11。於一些示例性實施例中，可透過入口5注射夾帶氣流及鞘流(向下箭頭)以於電漿炬2內創造流動條件，之後電漿11經由微波輻射源1點火。
於一些實施例中，夾帶流及鞘流均係軸對稱及層流，而於其他實施例中，氣流為渦流。將進料9軸向引入微波電漿炬2中，其中其藉由會引導材料朝向電漿熱區6之氣流夾帶。如上所討論，該等氣流可由週期表之惰性氣體列(諸如氦、氖、氬等)組成。於微波生成之電漿內，將進料熔化以將材料球化。入口5可用於引入製程氣體以夾帶及加速粒子9，10沿著軸線12朝向電漿11。首先，粒子9藉由使用透過電漿炬內之環狀間隙創建之核心層流氣流(上組箭頭)夾帶來加速。第二層流(下組箭頭)可透過第二環狀間隙創建以提供電介質炬內壁保護之層流以保護其免於因來自電漿11熱輻射之熔化。於示例性實施例中，層流引導粒子9，10沿著儘可能靠近軸線12之路徑朝向電漿11，將其暴露於電漿內之實質上均勻溫度。
於一些實施例中，呈現適宜流動條件以保持粒子10到達電漿炬2之內壁，其中電漿附著可發生。粒子9，10藉由氣流引導朝向微波電漿11，該微波電漿11各經歷均勻熱處理。可調整微波生成之電漿之各種參數以及粒子參數以達成所需結果。此等參數可包括微波功率、進料大小、進料插入速率、氣流速率、電漿溫度、停留時間及冷卻速率。於一些實施例中，在退出電漿11後，冷卻或淬滅速率不小於10 +3℃/sec。如上所討論，於此特定實施例中，氣流係層流；然而，於替代實施例中，渦流或湍流可用於引導進料朝向電漿。
圖2A至B說明示例性微波電漿炬，其包含側進料斗而非圖1之實施例中所示之頂部進料斗，從而允許下游進料。因此，於此實施中，於微波電漿炬施加器後注射原料用於微波電漿炬之「羽」或「排氣」中之加工。因此，微波電漿炬之電漿在電漿炬之出口端接合以允許原料之下游進料，與關於圖1所討論之頂部進料(或上游進料)相反。此下游進料可有利地延長炬之壽命，因為無限地保護熱區免於任何材料沉積於熱區內襯壁上之影響。此外，其允許在適於粉末之最佳熔化之溫度下透過精確靶向溫度水平及停留時間接合電漿羽下游。例如，存在使用微波功率、氣流及容納電漿羽之淬滅容器中之壓力來調整羽之長度的能力。
一般地，下游球化方法可利用兩個主要硬體配置來建立穩定電漿羽，其為：環形炬，諸如美國專利公開案第2018/0297122號中所述，或US 8748785 B2及US 9932673 B2中所述之渦流炬。在電漿炬之出口處與電漿羽緊密耦合之進料系統係用於將粉末軸對稱進料以保留製程均勻性。
其他進料配置可包含圍繞電漿羽之一個或若干個個別進料噴嘴。原料粉末可在某一點自任何方向進入電漿及可自任何方向，圍繞電漿360°進料至電漿內。原料粉末可在沿著電漿羽之長度之特定位置處進入電漿，其中已針對粒子之充分熔化量測特定溫度及估計停留時間。熔化粒子退出電漿至密封腔室，其中將其淬滅，然後收集。
可將進料314引入微波電漿炬302。料斗306可用於在將進料314進料至微波電漿炬302、羽或排氣之前儲存進料314。進料314可以電漿炬302之縱向方向之任何角度注射。5、10、15、20、25、30、35、40、45、50或55°。於一些實施例中，原料可以大於5、10、15、20、25、30、35、40、45、50或55°之角度注射。於一些實施例中，原料可以小於5、10、15、20、25、30、35、40、45、50或55°之角度注射。於替代實施例中，原料可沿著電漿炬之縱向軸線注射。
可將微波輻射透過波導304帶入電漿炬。將進料314進料至電漿腔室310及與藉由電漿炬302生成之電漿接觸。當與電漿、電漿羽或電漿排氣接觸時，進料熔化。雖然仍於電漿腔室310中，但是進料314冷卻及固化，之後被收集至容器312。或者，進料314可退出電漿腔室310，然而仍呈熔化相以在電漿腔室外部冷卻及固化。於一些實施例中，可使用淬滅腔室，其可使用或可不使用正壓。雖然與圖1分開描述，但是應瞭解圖2A及2B之實施例使用與圖1之實施例相似特徵及條件。
隨著將各小滴於藉由微波電漿炬創建之電漿熱區內加熱，溶劑可蒸發，溶質可沉澱，及熱解可發生。在氧電漿下之熱解可產生由鋰、鑭、鋯及摻雜劑選項M1及M2製得之氧化物化合物。電漿氣體可為氧氣，但是或者可為至多三種氣體之摻合物，其中最小氧氣濃度為1%。於一些實施例中，至多三種氣體中之一者為氬氣。 球化
於一些實施例中，藉由電漿加工達成之最終粒子可為球形或類球形，術語可互換使用。有利地，藉由使用與所揭示之不同原料各者相關之關鍵及特定揭示內容，可將所有原料轉化成球形粉末。
本發明之實施例係關於生產實質上球形或類球形或已經歷顯著球化之粒子。於一些實施例中，球形、類球形或球化粒子係指具有大於某個臨限值之球形度之粒子。粒子球形度可藉由使用下列方程式計算具有與粒子之體積匹配之體積V之球體的表面積A s, 理想：
Figure 02_image001
及然後比較理想化之表面積與粒子之經量測之表面積，A s, 實際來計算：
Figure 02_image003
。
於一些實施例中，粒子可具有大於0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.9、0.91、0.95或0.99 (或大於約0.5、約0.6、約0.7、約0.75、約0.8、約0.9、約0.91、約0.95或約0.99)之球形度(本文中亦稱作球形度因子)。於一些實施例中，粒子可具有0.75或更大或0.91或更大(或約0.75或更大或約0.91或更大)之球形度。於一些實施例中，粒子可具有小於0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.9、0.91、0.95或0.99 (或小於約0.5、約0.6、約0.7、約0.75、約0.8、約0.9、約0.91、約0.95或約0.99)之球形度。於一些實施例中，若粒子具有在上述球形度值中之任一者或以上之球形度，則認為其係球形、類球形或經球化，及於一些較佳實施例中，若粒子之球形度在0.75或約0.75或更大或在0.91或約0.91或更大，則認為其係球形。
於一些實施例中，給定粉末內之所有粒子之球形度中值可大於0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.9、0.91、0.95或0.99 (或大於約0.5、約0.6、約0.7、約0.75、約0.8、約0.9、約0.91、約0.95或約0.99)。於一些實施例中，給定粉末內之所有粒子之球形度中值可小於0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.9、0.91、0.95或0.99 (或小於約0.5、約0.6、約0.7、約0.75、約0.8、約0.9、約0.91、約0.95或約0.99)。於一些實施例中，若針對給定粉末量測之粒子之所有或臨限值百分比(如由下列比率中之任一者所述)具有大於或等於上述球形度值中之任一者之球形度中值，則認為粉末經球化，及於一些較佳實施例中，若粒子之所有或臨限值百分比具有在0.75或約0.75或更大或在0.91或約0.91或更大之球形度中值，則認為粉末經球化。
於一些實施例中，可在給定球形度臨限值(諸如上述)以上之粉末內之粒子之比率可大於50%、60%、70%、80%、90%、95%或99% (或大於約50%、約60%、約70%、約80%、約90%、約95%或約99%)。於一些實施例中，可在給定球形度臨限值(諸如上述)以上之粉末內之粒子之比率可小於50%、60%、70%、80%、90%、95%或99% (或小於約50%、約60%、約70%、約80%、約90%、約95%或約99%)。
粒度分佈及球形度可藉由任何適宜已知技術，諸如藉由SEM、光學顯微鏡、動態光散射、雷射繞射、尺寸使用圖像分析軟體之手工量測(例如，在相同材料部分或樣品之至少三個圖像上之約15至30次量測/圖像)及任何其他技術測定。 實例
圖3A為根據本文中所述之一些實施例之經由微波電漿方法生產之多相起始材料之電子顯微圖。於一些實施例中，使用上述方法，可合成具有極小粒子且包含碳酸鹽及氧化物之混合物於單一粒子內之球形多相起始材料。
圖3B為根據本文中一些實施例之經由微波電漿方法生產之多相起始材料的經由X-射線繞射進行之相識別。如圖3B中所說明，於一些實施例中，可形成多相材料，其中至少鋯酸鑭、碳酸鋰、鋁酸鑭、鋰鋁氧化物及碳酸二鑭二氧化物相存在於單一粒子內。
圖4A至B為在存在氫氣下煅燒之LLZO材料之電子顯微圖。如上所指定，可產生使用經電漿加工之多相起始材料形成之高品質LLZO材料，將該等多相起始材料在存在下煅燒及然後結晶。特定言之，根據本文中所述方法形成之LLZO材料可包含具有緊密尺寸分佈(例如，介於20 nm與1000 nm之間)、所需化學計量學及各種晶體結構之球形粒子。於一些實施例中，使用本文中起始材料製備之LLZO可具有細小粒子尺寸，其展示在燒結期間使材料緻密之更大驅動力，從而促進與傳統製備之LLZO材料相比之更短燒結時間及更低溫度。緊密粒度分佈及球形形態學可允許高填充分率，其加速燒結。
圖4C為在存在氫氣下煅燒之LLZO材料的經由x-射線繞射進行之相識別。如所說明，使用本文中所述方法生產之LLZO材料可包含各種相，但是一般地至少約75重量%、至少約80重量%、至少約85重量%、至少約90重量%、至少約95重量%或至少約99重量% LLZO，其中其他相包含鋯酸鑭、鑭鋁氧化物、鑭鋰鋁氧化物及極少量碳酸鑭氧化物。
圖5A至B為根據本文中所述之一些實施例在存在氫氣及氧氣下煅燒之LLZO材料之電鏡顯微圖。圖5C為經由x-射線繞射進行之在存在氫氣及氧氣下煅燒之LLZO材料的相識別。於一些實施例中，立方LLZO可使用經電漿處理之多相材料在存在氫氣及氧氣下之煅燒形成。LLZO材料之其他相可包含鋯酸鑭、鋁酸鑭及氧化鋯。
圖6說明概述根據本文中一些實施例之LLZO材料之化學計量性質、粒子尺寸及相的表。 另外實施例
於上述說明書中，已參考其特定實施例描述本發明。然而，顯然可在不背離本發明之更寬精神及範圍下對其作出各種修改及變化。因此，認為說明書及圖係以說明性而非限制性含義。
的確，雖然在某些實施例及實例之背景下揭示本發明，但是熟習此項技術者應瞭解，本發明超出特定揭示之實施例延伸至本發明之其他替代實施例及/或用途及其明顯修改及等效物。此外，雖然已顯示及詳細描述本發明之實施例之若干變型，但是於本發明之範圍內之其他修改將基於本發明對熟習此項技術者顯而易見。亦應考慮，可進行實施例之特定特徵及態樣之各種組合或子組合及仍落入本發明之範圍內。應瞭解，所揭示實施例之各種特徵及態樣可彼此組合或置換以形成所揭示發明之實施例之變化模式。本文中所揭示之任何方法不一定以所詳述順序進行。因此，意欲本文中揭示之本發明之範圍不應由上述特定實施例限制。
應瞭解，本發明之系統及方法各具有若干創新態樣，其中無一者單獨負責本文中所揭示之所需屬性或為其所需。上述各種特徵及方法可彼此獨立使用或可以各種方式組合。意欲所有可能組合及子組合落入本發明之範圍內。
於本說明書中於分開實施例之背景下描述之某些特徵亦可與單一實施例組合實施。相反，於單一實施例之背景下描述之各種特徵亦可於多個實施例中分開實施或以任何適宜子組合實施。此外，雖然以上可將特徵描述為以某些組合作用及甚至最初如此主張，但是來自主張之組合之一或多個特徵於一些情況下可自該組合刪除，及主張之組合可針對子組合或子組合之變型。無單一特徵或特徵之組對於各個及每個實施例係必要或不可或缺。
亦應瞭解，除非另有明確指定或於所用背景內另有理解，否則本文中所用之條件語言，尤其諸如「可(can/could/might/may)」、「例如」及類似者一般意欲傳達某些實施例包含，而其他實施例不包含某些特徵、要素及/或步驟。因此，此條件語言一般不意欲暗示針對一或多個實施例以任何方式要求特徵、要素及/或步驟或一或多個實施例必須包含利用或不利用作者輸入或提示，決定此等特徵、要素及/或步驟是否包含或於任何特定實施例中進行之邏輯。術語「包括」、「包含」、「具有」及類似者係同義及以開放方式包含地使用，且不排除另外要素、特徵、動作、操作等等。此外，術語「或」以其包含含義(且非以其排除含義)使用使得當例如用於連接要素列表時，術語「或」意指列表中之要素中之一者、一些或所有。此外，如本申請案及隨附申請專利範圍中所用，除非另有指定，否則冠詞「一(a/an)」及「該」應解釋為意指「一或多個」或「至少一個」。相似地，雖然操作可於圖中以特定順序描述，但是應知曉，此等操作不需要以所示之特定順序或以相繼次序進行，或進行所有說明之操作以達成所需結果。此外，圖可以流程圖之形式示意地描述一或多個實例製程。然而，可將未描述之其他操作併入示意地說明之實例方法及製程中。例如，可在說明之操作中之任一者之前、之後、同時或之間進行一或多種另外操作。另外，於其他實施例中，可將操作重排或重新定序。於某些情況下，多任務處理及平行處理可係有利。此外，上述實施例中之各個系統組件之分離不應理解為於所有實施例中要求此分離，且應瞭解，一般可將所述程式組件及系統於單一軟體產品中整合在一起或打包成多個軟體產品。另外，其他實施例係於下列申請專利範圍之範圍內。於一些情況下，申請專利範圍中所詳述之活動可以不同順序進行及仍達成所需結果。
此外，雖然本文中所述之方法及裝置可對各種修改及替代形式敏感，但是已於圖中顯示及本文中詳細描述其特定實例。然而，應瞭解，本發明不限於所揭示之特定形式或方法，但是相反，本發明覆蓋落入所述之各種實施及隨附申請專利範圍之精神及範圍內之所有修改、等效物及替代。此外，本文中關於實施或實施例之任何特定特徵、態樣、方法、性質、特性、品質、屬性、要素或類似者之揭示內容可用於本文中闡述之所有其他實施或實施例中。本文中揭示之任何方法不需要以詳述之順序進行。本文中所揭示之方法可包含藉由實踐者採取之某些動作；然而，該等方法亦可包含彼等動作之任何第三方指令，明示或暗示。本文中所揭示之範圍亦包含任何及所有重疊、子範圍及其組合。諸如「至多」、「至少」、「大於」、「小於」、「之間」及類似者之語言包含所詳述之數字。在術語，諸如「約(about/approximately)」之後之數字包含所詳述之數字及應基於情況解釋(例如，在該等情況下儘可能精確，例如±5%、±10%、±15%等)。例如，「約3.5 mm」包含「3.5 mm」。在術語，諸如「實質上」之後之短語包含所詳述之短語及應基於情況解釋(例如，在該等情況下儘可能多)。例如，「實質上恆定」包含「恆定」。除非另有指定，否則所有量度係在標準條件(包含溫度及壓力)下。
如本文中所用，提及條項列表中之「至少一者」係指彼等條項之任何組合，包含單一成員。作為實例，「A、B或C中之至少一者」意欲覆蓋：A、B、C、A及B、A及C、B及C、及A、B及C。除非另有明確指定，否則連接語言，諸如短語「X、Y及Z中之至少一者」原本利用如一般情況下所用之背景理解以傳達條項、術語等可為X、Y或Z中之至少一者。因此，此連接語言一般不意欲暗示某些實施例要求X中之至少一者、Y中之至少一者及Z中之至少一者各存在。本文中所提供之標題(若有的話)係僅出於方便且不一定影響本文中所揭示之裝置及方法之範圍或含義。
因此，申請專利範圍不意欲受限於本文中所示之實施例，但是與符合本發明、本文中所揭示之原理及新穎特徵之最寬範圍一致。
1:微波輻射源 2:微波電漿炬 3:引入區 5:入口 6:電漿熱區 9:進料/粒子 10:進料/粒子 11:電漿 12:軸線 302:微波電漿炬 304:波導 306:料斗 310:電漿腔室 312:容器 314:進料
提供圖示以說明示例性實施例且不意欲限制本發明之範圍。本文中所述系統及方法之更佳理解將在結合附圖參考下列描述後得以理解，其中：
圖1說明根據本發明之一些實施例之可用於生產材料之示例性微波電漿炬。
圖2A至B說明包含側進料斗之示例性微波電漿炬。
圖3A為根據本文中所述之一些實施例之經由微波電漿方法生產之多相起始材料之電子顯微圖。
圖3B為根據本文中所述之一些實施例之經由微波電漿方法生產之多相起始材料的經由X-射線繞射進行之相識別。
圖4A至B為根據本文中所述之一些實施例之在存在氫氣下煅燒之LLZO材料的電子顯微圖。
圖4C為根據本文中所述之一些實施例之在存在氫氣下煅燒之LLZO材料的經由X-射線繞射進行之相識別。
圖5A至B為根據本文中所述之一些實施例之在存在氫氣及氧氣下煅燒之LLZO材料之電子顯微圖。
圖5C為根據本文中所述之一些實施例之在存在氫氣及氧氣下煅燒之LLZO材料的經由x-射線繞射進行之相識別。
圖6說明概述根據本文中一些實施例之LLZO材料之化學計量性質、粒子尺寸及相的表。

Claims (67)

  1. 一種用於生產固體電解質材料之方法，該方法包括： 在存在氫氣下在低於碳酸鋰之熔點之溫度下加熱包含碳酸鋰之多相材料，使得該碳酸鋰之至少一部分分解以形成氧化鋰；及 將該氧化鋰加熱至足以使該氧化鋰結晶以形成該固體電解質材料之溫度，該固體電解質材料包含鋰鑭鋯氧化物(LLZO)粒子。
  2. 如請求項1之方法，其中該多相材料之平均粒子尺寸係介於約20 nm與約1000 nm之間。
  3. 如請求項1之方法，其中該多相材料之平均粒子尺寸為約300 nm。
  4. 如請求項1之方法，其中該多相材料進一步包含鑭(La)。
  5. 如請求項1之方法，其中該多相材料進一步包含鋯(Zr)。
  6. 如請求項1之方法，其中該多相材料進一步包含鑭(La)及鋯(Zr)。
  7. 如請求項1之方法，其中該多相材料進一步包含鑭鋯氧化物。
  8. 如請求項7之方法，其中該多相材料進一步包含La 2Zr 2O 7。
  9. 如請求項1之方法，其中該LLZO進一步包含一或多種摻雜劑。
  10. 如請求項9之方法，其中該一或多種摻雜劑包括鋁(Al)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鎵(Ga)或硼(B)中之至少一者。
  11. 如請求項1之方法，其中該LLZO進一步包含LaAlO 3或La 2(Li 0.5Al 0.5)O 4中之至少一者。
  12. 如請求項1之方法，其中該多相材料進一步包含LiAlLaO 2、Li 2ZrO 3、ZrO 2、LaAlO 3、Li 2Zr 2O 7、La 2O 3、La 2(Li 0.5Al 0.5)O 4、LiLaO 2、Li 5AlO 4、La 2O 2CO 3或Li aZr bO c中之至少一者，其中1≤ a ≤ 8，1 ≤ b ≤ 2且1 ≤ c ≤ 7。
  13. 如請求項1之方法，其中該固體電解質材料進一步包含一或多種摻雜劑。
  14. 如請求項1之方法，其中該一或多種摻雜劑包括鋁(Al)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鎵(Ga)或硼(B)中之至少一者。
  15. 如請求項1之方法，其中該固體電解質材料之平均粒子尺寸係介於約20 nm與約1000 nm之間。
  16. 如請求項1之方法，其中該固體電解質材料之平均粒子尺寸為約300 nm。
  17. 如請求項1之方法，其中該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少50重量%。
  18. 如請求項1之方法，其中該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少75重量%。
  19. 如請求項1之方法，其中該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少90重量%。
  20. 如請求項1之方法，其中該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少99重量%。
  21. 如請求項1之方法，其中將該多相材料加熱及將該氧化鋰加熱之總時間係介於約2小時與約20小時之間。
  22. 如請求項1之方法，其中將該多相材料加熱約1小時與約10小時之間。
  23. 如請求項1之方法，其中將該氧化鋰加熱約1小時與約10小時之間。
  24. 如請求項1之方法，其進一步包括自該固體電解質材料形成薄膜。
  25. 如請求項1之方法，其中該碳酸鋰之至少一部分在將該多相材料加熱時形成過氧化鋰。
  26. 如請求項1之方法，其中該氧化鋰係在高於600℃之溫度下進行加熱。
  27. 如請求項1之方法，其中將該氧化鋰加熱至高於640℃之溫度。
  28. 如請求項1之方法，其中將該氧化鋰於含氧氛圍中加熱。
  29. 如請求項1之方法，其中在不存在氫氣下將該氧化鋰加熱。
  30. 如請求項1之方法，其中在該方法期間發生之鋰損失之量係小於3重量%。
  31. 如請求項1之方法，其進一步包括使用微波電漿方法形成該多相材料，該微波電漿方法包括： 將一或多種原料材料輸入微波生成之電漿中以形成該多相材料；及 收集該多相材料。
  32. 一種生產鋰鑭鋯氧化物(LLZO)粒子之方法，該方法包括： 在存在氫氣下，在低於碳酸鋰之熔點之溫度下加熱包含碳酸鋰及La 2Zr 2O 7之多相材料，使得該碳酸鋰之至少一部分分解以形成氧化鋰；及 將該氧化鋰加熱至足以使該氧化鋰結晶以形成鋰鑭鋯氧化物(LLZO)粒子之溫度。
  33. 如請求項32之方法，其中該多相材料之平均粒子尺寸係介於約20 nm與約1000 nm之間。
  34. 如請求項32之方法，其中該多相材料之平均粒子尺寸為約300 nm。
  35. 如請求項32之方法，其中該LLZO進一步包含一或多種摻雜劑。
  36. 如請求項35之方法，其中該一或多種摻雜劑包括鋁(Al)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鎵(Ga)及硼(B)中之至少一者。
  37. 如請求項32之方法，其中該LLZO包含LaAlO 3或La 2(Li 0.5Al 0.5)O 4中之至少一者。
  38. 如請求項32之方法，其中該多相材料進一步包含LiAlLaO 2、Li 2ZrO 3、ZrO 2、LaAlO 3、La 2O 3、La 2(Li 0.5Al 0.5)O 4、LiLaO 2、Li 5AlO 4、La 2O 2CO 3或Li aZr bO c中之至少一者，其中1≤ a ≤ 8，1 ≤ b ≤ 2且1 ≤ c ≤ 7。
  39. 如請求項32之方法，其中該LLZO之平均粒子尺寸係介於約20 nm與約1000 nm之間。
  40. 如請求項32之方法，其中該LLZO之平均粒子尺寸為約300 nm。
  41. 如請求項32之方法，其中該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之該部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少50重量%。
  42. 如請求項32之方法，其中該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之該部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少75重量%。
  43. 如請求項32之方法，其中該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之該部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少90重量%。
  44. 如請求項32之方法，其中該碳酸鋰之分解以形成氧化鋰之該部分為該多相材料中之該碳酸鋰之至少99重量%。
  45. 如請求項32之方法，其中將該多相材料加熱及將該氧化鋰加熱之總時間係介於約2小時與約20小時之間。
  46. 如請求項32之方法，其中將該多相材料加熱約1小時與約10小時之間。
  47. 如請求項32之方法，其中將該氧化鋰加熱約1小時與約10小時之間。
  48. 如請求項32之方法，其進一步包括自該等LLZO粒子形成薄膜。
  49. 如請求項32之方法，其中該碳酸鋰之至少一部分在將該多相材料加熱時形成過氧化鋰。
  50. 如請求項32之方法，其中該氧化鋰係在高於600℃之溫度下加熱。
  51. 如請求項32之方法，其中將該氧化鋰加熱至高於640℃之溫度。
  52. 如請求項32之方法，其中將該氧化鋰於含氧氛圍中加熱。
  53. 如請求項32之方法，其中在不存在氫氣下將該氧化鋰加熱。
  54. 如請求項32之方法，其中在該方法期間發生之鋰損失之量係小於3重量%。
  55. 如請求項32之方法，其進一步包括使用微波電漿方法形成該多相材料，該微波電漿方法包括： 將一或多種原料材料輸入微波生成之電漿中以形成該多相材料；及 收集該多相材料。
  56. 一種用於生產多相材料之方法，該方法包括： 製備包含鑭及鋯之原料； 將該原料引入微波電漿炬、該微波電漿炬之電漿羽及/或該微波電漿炬之排氣中；及 將該微波電漿炬、該微波電漿炬之電漿羽及/或該微波電漿炬之排氣內之該原料加熱以形成該多相材料，該多相材料包含碳酸鋰及鋯酸鑭。
  57. 如請求項56之方法，其中該多相材料進一步包含下列中之至少一者：鋁酸鑭、鋰鋁氧化物及碳酸二鑭二氧化物。
  58. 如請求項56之方法，其中該多相材料包含該碳酸鋰及鋯酸鑭於該多相材料之單一粒子中之相。
  59. 如請求項56之方法，其進一步包括在存在氫氣下在低於該碳酸鋰之熔點之溫度下將該多相材料加熱，使得該碳酸鋰之至少一部分分解以形成氧化鋰。
  60. 如請求項59之方法，其進一步包括將該氧化鋰加熱至足以使該氧化鋰結晶以形成鋰鑭鋯氧化物(LLZO)粒子之溫度。
  61. 一種多相材料，其包含於該多相材料之單一粒子中之碳酸鋰及鋯酸鑭。
  62. 如請求項61之多相材料，其中該多相材料藉由包含以下之方法形成： 製備包含鑭及鋯之原料； 將該原料引入微波電漿炬、該微波電漿炬之電漿羽及/或該微波電漿炬之排氣中；及 將該微波電漿炬、該微波電漿炬之電漿羽及/或該微波電漿炬之排氣內之該原料加熱以形成該多相材料。
  63. 如請求項62之多相材料，其中該方法進一步包括在存在氫氣下在低於該碳酸鋰之熔點之溫度下將該多相材料加熱，使得該碳酸鋰之至少一部分分解以形成氧化鋰。
  64. 如請求項63之多相材料，其中該方法進一步包括將該氧化鋰加熱至足以使該氧化鋰結晶以形成鋰鑭鋯氧化物(LLZO)粒子之溫度。
  65. 如請求項61之多相材料，其中該多相材料進一步包含下列中之至少一者：鋁酸鑭、鋰鋁氧化物及碳酸二鑭二氧化物。
  66. 如請求項61之多相材料，其中該多相材料包含該碳酸鋰及鋯酸鑭於該多相材料之單一粒子中之相。
  67. 一種鋰鑭鋯氧化物(LLZO)材料，其藉由包含以下之方法形成： 在存在氫氣下在低於碳酸鋰之熔點之溫度下加熱包含碳酸鋰及La 2Zr 2O 7之多相材料，使得該碳酸鋰之至少一部分分解以形成氧化鋰；及 將該氧化鋰加熱至足以使該氧化鋰結晶以形成鋰鑭鋯氧化物(LLZO)粒子之溫度。
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