Direct Precursor Route for the Fabrication of LLZO Composite Cathodes for Solid‐State Batteries

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作者
Vivien Kiyek,Christian Schwab,Walter Sebastian Scheld,Christoph Roitzheim,Adrian Lindner,Wolfgang Menesklou,Martin Finsterbusch,Dina Fattakhova‐Rohlfing,Olivier Guillon
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202404682
摘要

Abstract Solid–state batteries based on Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO) garnet electrolyte are a robust and safe alternative to conventional lithium‐ion batteries. However, the large‐scale implementation of ceramic composite cathodes is still challenging due to a complex multistep manufacturing process. A new one‐step route for the direct synthesis of LLZO during the manufacturing of LLZO/LiCoO 2 (LCO) composite cathodes based on cheap precursors and utilizing the industrially established tape casting process is presented. It is shown that Al, Ta:LLZO can be formed directly in the presence of LCO from metal oxide precursors (LiOH, La 2 O 3 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , and Ta 2 O 5 ) by heating to 1050 °C, eliminating the time‐ and energy‐consuming synthesis of preformed LLZO powders. In addition, performance‐optimized gradient microstructures can be produced by sequential casting of slurries with different compositions, resulting in dense and flat phase‐pure cathodes without unwanted ion interdiffusion or secondary phase formation. Freestanding cathodes with a thickness of 85 µm, a relative density of 95%, and an industrial relevant LCO loading of 15 mg show an initial capacity of 82 mAh g −1 (63% of the theoretical capacity of LCO) in a solid‐state cell with Li metal anodes, which is comparable to conventional LCO/LLZO cathodes and can be further improved in the future.
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