Structural and Chemical Compatibilities of Li1−xNi0.5Co0.2Mn0.3O2 Cathode Material with Garnet‐Type Solid Electrolyte for All‐Solid‐State Batteries

材料科学 烧结 电解质 阴极 四方晶系 化学稳定性 陶瓷 复合数 化学工程 溶解 固溶体 分析化学(期刊) 电极 复合材料 晶体结构 结晶学 冶金 物理化学 化学 工程类 色谱法
作者
Seokjae Hong,Seok Hyun Song,Moses Azong Cho,Seulgi Kim,Seungho Yu,Dongju Lee,Hyungsub Kim
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:17 (46) 被引量:19
标识
DOI:10.1002/smll.202103306
摘要

All-solid-state batteries (ASSBs) based on ceramic materials are considered a key technology for automobiles and energy storage systems owing to their high safety and stability. However, contact issues between the electrode and solid-electrolyte materials and undesired chemical reaction occurring at interfaces have hindered their development. Herein, the chemical compatibility and structural stability of composite mixtures of the layered cathode materials Li1-x Ni0.5 Co0.2 Mn0.3 O2 (NCM523) with the garnet-type solid electrolyte Li6.25 Ga0.25 La3 Zr2 O12 (LLZO-Ga) during high-temperature co-sintering under various gas flowing conditions are investigated. In situ high-temperature X-ray diffraction analysis of the composite materials reveals that Li diffusion from LLZO-Ga to NCM523 occurs at high temperature under synthetic air atmosphere, resulting in the decomposition of LLZO-Ga into La2 Zr2 O7 and the recovery of charged NCM523 to the as-prepared state. The structural stability of the composite mixture at high temperature is further investigated under N2 atmosphere, revealing that Li diffuses toward the opposite direction and involves the phase transition of LLZO-Ga from a cubic to tetragonal structure and the reduction of the NCM523 cathode to Ni metal. These findings provide insight into the structural stability of layered cathode and garnet-type solid-electrolyte composite materials and the design of stable interfaces between them via co-sintering for ASSBs.
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