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

Kiyek, Vivien; Schwab, Christian; Scheld, Walter Sebastian; Roitzheim, Christoph; Lindner, Adrian 1; Menesklou, Wolfgang 2; Finsterbusch, Martin; Fattakhova-Rohlfing, Dina ; Guillon, Olivier
1 Institut für Angewandte Materialien (IAM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Angewandte Materialien – Elektrochemische Technologien (IAM-ET1), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

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
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Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000174588
Veröffentlicht am 27.09.2024
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien – Elektrochemische Technologien (IAM-ET1)
Institut für Angewandte Materialien (IAM)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 11.2024
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2198-3844
KITopen-ID: 1000174588
Erschienen in Advanced Science
Verlag Wiley Open Access
Band 11
Heft 42
Seiten Art.-Nr.: 2404682
Vorab online veröffentlicht am 19.09.2024
Nachgewiesen in Web of Science
Dimensions
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