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]
卷期号:11 (42): e2404682-e2404682 被引量:12
标识
DOI:10.1002/advs.202404682
摘要

Solid-state batteries based on Li7La3Zr2O12 (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/LiCoO2 (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, La2O3, ZrO2, Al2O3, and Ta2O5) 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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