[논문]Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3 세라믹 고체전해질의 B2O3 첨가에 따른 미세구조 및 이온전도도에 대한 연구

권민재; 한현일; 신슬기; 구상모; 신원호

doi:10.4313/jkem.2023.36.6.15

[국내논문] Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3 세라믹 고체전해질의 B2O3 첨가에 따른 미세구조 및 이온전도도에 대한 연구
Investigation of Microstructure and Ionic Conductivity of Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3 Ceramic Solid Electrolytes by B2O3 Incorporation 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.36 no.6, 2023년, pp.627 - 632

권민재 (광운대학교 전자재료공학과) , 한현일 (광운대학교 전자재료공학과) , 신슬기 (광운대학교 전자재료공학과) , 구상모 (광운대학교 전자재료공학과) , 신원호 (광운대학교 전자재료공학과)

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Lithium-ion batteries are widely used in various applications, including electric vehicles and portable electronics, due to their high energy density and long cycle life. The performance of lithium-ion batteries can be improved by using solid electrolytes, in terms of higher safety, stability, and energy density. Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3 (LATP) is a promising solid electrolyte for all-solid-state lithium batteries due to its high ionic conductivity and excellent stability. However, the ionic conductivity of LATP needs to be improved for commercializing all-solid-state lithium battery systems. In this study, we investigate the microstructures and ionic conductivities of LATP by incorporating B2O3 glass ceramics. The smaller grain size and narrow size distribution were obtained after the introduction of B2O3 in LATP, which is attributed to the B2O3 glass on grain boundaries of LATP. Moreover, higher ionic conductivity can be obtained after B2O3 incorporation, where the optimal composition is 0.1 wt% B2O3 incorporated LATP and the ionic conductivity reaches 8.8×10-5 S/cm, more than 3 times higher value than pristine LATP. More research could be followed for having higher ionic conductivity and density by optimizing the processing conditions. This facile approach for establishing higher ionic conductivity in LATP solid electrolytes could accelerate the commercialization of all-solid-state lithium batteries.

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표/그림 (5)

그림 Fig. 1. XRD patterns of x wt% B₂O₃ incorporated LATP sintered pellets (x = 0, 0.01, 0.05, and 0.1).
그림 Fig. 2. SEM images of (a) top view, (b) cross section, and (c) grain size distribution of LATP, (d) top view, (e) cross section, and (f) grain size distribution of 0.01 wt% B₂O₃ incorporated LATP, (g) top view, (h) cross section, and (i) grain size distribution of 0.05 wt% B₂O₃ incorporated LATP, and (j) top view, (k) cross section, and (l) grain size distribution of 0.1 wt% B₂O₃ incorporated LATP.
그림 Fig. 3. Nyquist plots of x wt% B₂O₃ incorporated LATP sintered pellets (x = 0, 0.01, 0.05, and 0.1), (a) full range plots and (b) enlarged plots of high frequency region.
그림 Fig. 4. The ionic conductivities and relative densities of x wt% B₂O₃ incorporated LATP sintered pellets (x = 0, 0.01, 0.05, and 0.1).
표 Table 1. The ionic conductivities, relative densities, thicknesses, and diameters of x wt% B₂O₃ incorporated LATP sintered pellets (x = 0, 0.01, 0.05, and 0.1).

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