인산 알루미늄 게르마늄 리튬

인산 리튬 알루미늄 게르마늄

인산리튬알루미늄게르마늄(LAGP) 스패터링 타깃
이름
기타 이름 LAGP, LAGPO
식별자
3D 모델(JSmol)	인터랙티브 이미지
미소 [Li+] [Li+][Li+] [Al+3][Ge+4] [Ge+4][Ge+4] [O-]P(=O)([O-])[O-][O-]P(=O)([O-])[O-][O-]P(=O)([O-])[O-][O-]P(=O)([O-])[O-][O-]P(=O)([O-])[O-][O-]P(=O)([O-])[O-]
특성.
화학식	Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3
몰 질량	471.77 g/g
외모	백색 부피 결정 또는 분말
밀도	3.5615 g/cm3 (이론적)[1]
구조.
결정 구조	마름모꼴
스페이스 그룹	R3c
위험 요소
GHS 라벨링:
픽토그램
신호어	경고
위험 경고문	H302, H315, H319, H335
주의사항	P261, , , , , , , , , ,
안전 데이터 시트(SDS)	앙스트롬 사이언스
관련 화합물
관련 화합물	인산리튬 알루미늄(LATP), 인산리튬 게르마늄(LGP), 인산리튬(LTP)
달리 명시되지 않은 한 표준 상태(25°C[77°F], 100kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다. 정보 상자 참조

일반적으로 LAGP 또는 LAGPO라는 약자로 알려진 인산 알루미늄 알루미늄은 무기 세라믹 고체 재료이며, 일반식은 LiAlGe
_1+x
x
2-x(PO
₄)
₃^[2]입니다.LAGP는 나시콘(NASICON) 계열의 고체 전도체에^[2] 속하며 전고체 리튬이온배터리에서 고체 전해질로 사용되었습니다.상온에서 LAGP의 이온 전도율은 화학측정법, 미세구조,^[2] 합성조건에 의해 실제 전도도가 큰 영향을 받더라도 10~10^–4 S/^[3]cm 범위이다^–5.또 다른 인산염 기반 리튬 고체 도체인 리튬 알루미늄 인산염(LATP)에 비해 LAGP에 티타늄이 없으면 리튬 ^[3]금속에 대한 안정성이 향상됩니다.또한 인산염계 고체 전해질은 LiGePS(LGPS)와
_10
2
12 같은 황화물계 전해질에 비해 수분 및 산소에 대한 안정성이 뛰어나 공기 중에서도 안전하게 취급할 수 있어 제조공정이 ^[3][4]간단하다.최적 성능은 x의 화학량학 값이 0.5일 때 나타나기 때문에 LAGP라는 약자는 일반적으로 배터리 ^[5]용도에 일반적으로 사용되는 소재이기도 한 LiAlGe(
₃PO
₄)의
_1.5
0.5
1.5 특정 구성을 나타낸다.

특성.

결정 구조

리튬함유 NASICON형 결정은 일반식
₂ LiM
₄(
₃PO)에 의해 기술되며, M은 금속 또는 메탈로이드(Ti, Zr, Hf, Sn, Ge)^[5]를 나타내며, 코너공유
₆ MO 옥타헤드라 및 인산염 사면체의 ^[7]복잡한 3차원 네트워크를 나타낸다.리튬 이온은 세 가지 ^[2][6]부위로 나눌 수 있는 틈새에 축적됩니다.

• Li(1) 와이코프 6b 위치의 6배 조정 현장
• Wyckoff 18e 위치에 있는 Li(2) 사이트
• Li(3) 사이트는 Wyckoff 36f 위치에 있습니다.

리튬 전도율을 충분히 높은 비율로 촉진하기 위해서는 Li(1) 부위가 완전히 점유되고 Li(2) 부위가 완전히 ^[5]비어 있어야 한다.Li(3) 사이트는 Li(1) 사이트와 Li(2) 사이트 사이에 있으며 Zr, Hf 및 ^[8]Sn과 같은 큰 4가 양이온이 구조 내에 존재할 때만 점유된다.LiGe
₂(PO
₄)(
₃LGP) 구조의 일부⁴⁺ Ge 양이온을 Al 양이온으로 부분적으로³⁺ 치환한 경우 LAGP 재료는 일반식
_1+x
x
2-x LiAlGe(
₃^[7]PO)로
₄ 구한다.단상 NASICON 구조는 x가 0.1에서 0.^[5]6 사이일 정도로 안정적이며, 이 한계를 초과하면 더 이상 고체가 불가능하고 2차 상이 ^[2]형성되는 경향이 있다.Ge와 Al³⁺ 양이온은 이온⁴⁺ 반지름이 매우 유사하지만(Ge의 경우⁴⁺ 0.53Ω 대 Al의^3+[5] 경우 0.535Ω) 양이온 치환으로 인해 조성 장애가 발생하고 전기적 중립을 ^[2]달성하기 위해 더 많은 양의 리튬 이온의 혼입이 촉진된다.리튬 이온은 Li(2) 또는 Li(3)의 빈 ^[8]부위에 추가로 함유할 수 있다.

이용 가능한 과학 문헌에는 리튬 이온 및 리튬 이온의 원자 조정에 이용 가능한 사이트와 전도 메커니즘 동안 직접 관련된 사이트에 대한 고유한 설명은 없다.예를 들어, Li(1)와 Li(2)라는 두 개의 사용 가능한 사이트만 언급되는 경우가 있으며, Li(3) 사이트는 점유 중이거나 전도 ^[5][7]과정에 관여하지 않는다.그 결과 특히 게르마늄이 ^{[2][5][7][6][9]}알루미늄으로 부분적으로 대체될 때 리튬 이온의 배치와 현장 점유와 관련하여 LAGP 국부 결정 구조에 대한 명확한 설명이 부족하다.

LAGP는 공간군 R3c의 ^[7]마름모꼴 단위셀을 표시한다.

진동 특성

인자 그룹 분석

LAGP 결정은 공간 그룹⁶_3d D - R3c에 ^[7][10]속합니다.NASICON-type 재료의 일반적인 공식 MIM2IVPO4(어디 MI Na+, Li+ 또는 K+, MIV 같은 1가의 금속 이온을 뜻하Ti4+, Ge4+, Sn4+, Zr4+ 또는 Hf4+과 같은 4가의 양이온을 나타내는)과 인수 그룹 분석 보통 내부 진동 모드 간의 구분을 가정해(즉 모드 PO4 단위에서 이뤄지고 있는)고 수행된다. 외부 모드(즉M 및 Mations^IV 번역^I, PO 번역 및 PO ^[10]번역에서 발생하는₄₄ 모드).

내부 모드에만 초점을 맞춘 R3c 공간 그룹의 인자 그룹 분석에서는 PO ^[7][10]단위의₄ 14개의 Raman 활성 모드(이 모드 중 6개는 신장 진동, ^[7]8개는 굽힘 진동)

NASICON^[7][10] 재료의 Raman-active 모드

진동	인자 그룹	과제
ν1	A1g + Eg	대칭 스트레칭
ν2	2A1g + 2Eg	대칭 굽힘
ν3	A1g + 3Eg	반대칭 스트레칭
ν4	A1g + 3Eg	반대칭 굽힘

반대로 외부 모드의 분석은 많은 사용 가능한 진동으로 이어진다. 즉, 마름모꼴 R3c 공간 그룹 내에서 환원 불가능한 표현의 수가 제한되기 때문에 다른 모드 간의 상호작용이 예상될 수 있으며 명확한 할당이나 구별이 불가능해진다.^[11]

라만 스펙트럼

LAGP의 진동 특성은 라만 분광법을 사용하여 직접 조사할 수 있다.LAGP는 모든 NASICON 유형의 재료의 특성을 나타내며, 대부분은 PO ^[7]유닛의₄ 진동운동에 의해 발생합니다.NASICON 유형 물질의 라만 스펙트럼의 주요 스펙트럼 영역은 다음 표에 요약되어 있다.

LAGP의 스펙트럼 마커

스펙트럼 영역		과제
350cm−1 미만	저주파	양이온IV 변환에 의한 외부 모드(LAGP의4+ 경우 Ge) 또는 인산 사면체의 [10]번역/유입 운동.
300 ~ 500−1 cm		P – O – P 대칭 벤딩.[5][7]
500 ~ 800−1 cm	중주파수	P – O – P 반대칭 벤딩.[5][7]
900 ~ 1300−1 cm	고주파	PO 사면체에서의4 스트레칭 진동. 일반적으로 대칭과 반대칭 스트레칭 진동을 구별할 [5][7]수 없습니다.

LAGP의 라만 스펙트럼은 일반적으로 재료가 결정 형태인 경우에도 넓은 피크로 특징지어진다.실제로 게르마늄 이온 대신 알루미늄 이온의 존재와 여분의 리튬 이온은 모두 부격자에 구조적, 조성적 장애를 초래하여 피크 ^[7]폭 확대를 초래한다.

전송 속성

LAGP는 고체 이온 전도체로 리튬 이온 배터리의 고체 전해질로 사용되는 두 가지 기본 특성, 즉 충분히 높은 이온 전도율과 무시할 수 있는 전자 전도율을 특징으로 합니다.실제로 배터리 작동 중에 LAGP는 ^[3]전자의 이동을 방지하면서 음극과 양극 사이의 리튬 이온의 쉽고 빠른 움직임을 보장해야 합니다.

결정구조설명에 기재된 바와 같이 리튬이온을 LAGP NASICON 구조로 호스트하기 위한 사이트는 Li(1)사이트, Li(2)사이트 및 Li(3)사이트의 3종류이다.이온 전도는 리튬 이온이 Li(1) 사이트에서 Li(2) 사이트로 또는 두 Li(3) 사이트에 걸쳐 호핑되기 때문에 발생합니다.이온 운동에 대한 병목 현상은 Li(1)와 Li(2) ^[7][6]부위 사이의 세 개의 산소 원자로 구분된 삼각형 창으로 나타난다.

LAGP의 이온 전도율$\delta {\displaystyle }$(\$displaystyle \sigma)$는 대부분의 고체 이온 ^[5]전도체의 전형적인 Arrenius형 방정식으로 표현되는 온도에 대한 일반적인 의존성을 따릅니다.

$(\displaystyle\displaystyle=\displayfrac_{0}){T}}e^{-{\frac {E_{a}}{k_{B}T}}}}}}:$

어디에

θ는₀ 전위계수이고,

T는 절대 온도입니다.

E는_a 이온 전달을 위한 활성화 에너지입니다.

k는_B 볼츠만 상수입니다.

벌크 LAGP 재료의 활성화 에너지에 대한 일반적인 값은 0.35 - 0.41 eV ^[12]범위이다.마찬가지로 상온 이온 전도율은 합성 조건 및 실제 재료 미세 구조와 밀접하게 관련되므로 과학 문헌에서 보고된 전도율 값은 10 S/cm에서^–5 10 mS/cm까지이며,^[2][8][13] 지금까지 보고된 상온에 근접한 가장 높은 값이다.LGP에 비해 Ge를 ^[7]Al로⁴⁺³⁺ 부분 치환하면 LAGP의 상온 이온 전도율이 3~4배 증가한다.알루미늄 이온은 Ge 이온에 비해⁴⁺ 전하량이 적고, 추가적인 리튬이 NASICON 구조에 통합되어 전하 균형을 유지하므로 전하 캐리어의 수가 증가합니다.알루미늄의 유익한 효과는 약 0.4 - 0.5에 ^[2]대해 최대화됩니다. Al 함량이 클 경우 단상 NASICON 구조가 안정적이지 않고 주로₄ AlPO, LiPO
_4
2
7 및₂ GeO와 ^[14]같은 2차 상으로 나타납니다.2차 상은 일반적으로 비전도성이지만,^[2] 소량 제어된 AlPO는₄ 물질의 전체 이온 전도율에 긍정적인 방식으로 영향을 미치는 밀도화 효과를 발휘한다.

Arrhenius 방정식의 프리팩터 θ는₀ 기본 상수와 전도 ^[15]파라미터의 함수로 쓸 수 있다.

${\displaystyle _{0}=blac {1}{3}}{\flac {(Ze)^2}}{k_{B}T}}nv_{0}l_{0}$

어디에

Z는 이온 원자가이고

e는 기본 전하입니다.

T는 절대 온도입니다.

k는_B 볼츠만 상수입니다.

n은 전하 캐리어의 농도입니다.

v는₀ 이온의 평균 속도입니다.

l은₀ 평균 자유 경로입니다.

프리팩터는 이동식 리튬 이온 캐리어의 농도에 정비례하며, 이 농도는 재료의 알루미늄 함량에 따라 증가합니다.그 결과 활성화 에너지의 알루미늄 함량에 대한 의존성이 미미하기 때문에 2차 위상이 ^[15]형성될 때까지 Al에 의한³⁺ Ge 치환량이 증가함에⁴⁺ 따라 이온 전도율이 증가할 것으로 예상된다.알루미늄의 도입으로 ^[2]재료의 입자 경계 저항률도 감소하여 LAGP 재료의 총 이온 전도율(벌크 결정 + 입자 경계)에 긍정적인 영향을 미칩니다.

고체 이온 도체의 예상대로 LAGP의 이온 전도율은 온도가 ^[15]상승함에 따라 증가합니다.

LAGP의 전자 전도율은 양극과 음극 사이의 전기 단락을 방지하기 위해 가능한 낮게 해야 한다.이온전도율은 보고값이 매우 낮고 10S/^[16][17]cm에 근접(또는 그보다 낮음)해도^–9 합성방법과 강하게 연계된 정확한 화학측정법 및 미세구조가 전자전도율에 영향을 미친다.

열특성

일반식이
_1+x
x
2-x LiAlGe(PO
₄)
₃인 LAGP 재료의 비열 용량은 실온에서 700°^[15]C까지의 온도 범위에서 마이어-켈리 다항식 법칙에 들어맞는다.

${\displaystyle C_{p}(T)=A+B\cdot T+C\cdot T^{-2}$

어디에

T는 절대 온도입니다.

A, B, C는 적합 상수입니다.

일반적인 값은 온도 간격 25~100°C에서 0.75~1.5JkgkgkK⁻¹⁻¹ 범위입니다.A, B 상수는 x 값(알루미늄 및 리튬 함량)에 따라 증가하지만 C 상수는 정확한 ^[15]추세를 따르지 않습니다.그 결과, 알루미늄 및 게르마늄 ^[15]화합물의 상대적 비열에 대한 데이터와 일치하는 Al 함량이 증가하고 Ge 함량이 감소함에 따라 LAGP의 비열 용량이 증가할 것으로 예상됩니다.

또한 LAGP의 $(\displaystyle\alpha)$는 알루미늄 ^[15]함량에 관계없이 온도가 상승함에 따라 감소 추세를 따릅니다.

$\displaystyle \alpha \propto T^{-p}$

알루미늄 레벨은 $지수{\displaystyle }$p {\$style$ p$\}$에 영향을 미치며, 이 값은 0.08(높은 Al 함량)에서 0.11(낮은 Al 함량)^[15]까지 다양합니다.이러한 작은 값은 재료에 다수의 점 결점이 있음을 의미하며, 이는 고체 이온 전도체에 매우 유용합니다.마지막으로 열전도율의 표현은 다음과 같습니다.^[15]

$\displaystyle \kappa = cdot C_{v}\cdot v_{ph}\cdot l_{ph}=\alpha \cdot C_{p}\cdot \rho }$

어디에

C는_v 단위 부피당 열용량입니다.

v는_ph 포논 그룹의 평균 속도입니다.

l은 포논의 자유경로를 의미합니다_ph.

$②(\displaystyle$\rho$$$)$는 소재의 밀도입니다.

모든 것을 고려해 볼 때 LAGP의 알루미늄 함량이 증가함에 따라 이온 전도율도 증가하지만 리튬 이온의 수가 많을수록 포논 산란이 강화되어 포논 평균 자유 경로 및 재료 내 열 수송이 감소하므로 열 전도율은 감소합니다.따라서 LAGP 세라믹의 열 및 이온 수송은 상관 관계가 없습니다. 해당 전도율은 알루미늄 함량의 함수로써 반대 추세를 따르고 온도 변화에 의해 다른 방식으로 영향을 받습니다(예: 실온에서 100°C로 상승하면 이온 전도율이 한 단계씩 증가합니다).열전도율이 6%^[15]밖에 증가하지 않습니다).

열안정성

열처리로 인해 또는 재료 생산 중에 유해한 2차 단계가 형성될 수도 있습니다.지나치게 높은sintering/annealing 온도나 긴 주택번 휘발성 종의 손실(특히 Li2O)과 AlPO4과 GeO2에 LAGP 주요 단계의 분해 과정으로 귀결될 것이다.[2]LAGP 대량 샘플과 얇은 막들 일반적으로를 700-750°C까지;만약 이 온도 초과된 경우, 휘발성 리튬, 슬피 위상을 잃은 것은 안정적이다.GEO₂ ^[5][12]폼온도가 950°C 이상으로 상승하면 AlPO도₄ 표시됩니다.^[5]

라만 분광법과 현장 X선 회절(XRD)은 열처리 ^[5]중 및 후 LAGP 샘플의 위상 순도를 인식하기 위해 사용할 수 있는 유용한 기법이다.

화학적 및 전기화학적 안정성

LAGP는 인산염 기반 고체 전해질에 속하며, 다른 고체 이온 전도체군에 비해 적당한 이온 전도율을 보임에도 불구하고 황화물 및 산화물과 관련하여 몇 가지 고유한 이점을 가지고 있습니다.

• 습한 공기에서 매우 높은 화학적 안정성
• 넓은 전기화학적 안정성 창
• 전자 전도율이 ^[3]낮거나 무시할 수 있습니다.

LAGP의 주요 장점 중 하나는 산소, 수증기 및 이산화탄소의 존재 하에서 화학적 안정성입니다. 따라서 글로브 박스 또는 보호 환경의 사용을 방지하는 제조 공정을 단순화할 수 있습니다.LAGP는 유독 황화수소가스를 방출하는 물과 반응하는 황화물계 고체 전해질이나 물, CO와₂ 반응해 LiOH, ^[4]LiCO의₂₃ 부동층을 형성하는 가넷형 리튬랜턴지르코늄산화물(LLZO)과 달리 습한 ^[5]공기에서는 사실상 불활성이다.

LAGP의 또 다른 중요한 장점은 최대 6V의 넓은 전기화학적 안정성 창으로, 이러한 전해질을 고전압 음극과 접촉시켜 높은 에너지 ^[18]밀도를 가능하게 합니다.비록 LAGP 더 LATP보다 안정적이다 하지만 아주 낮은 전압과 리튬 금속에 대해에서 안정성:[19]티타늄의 부재 논란의 여지가 많다, Ge4+의 리튬에 의해 감소 방안에 Ge2+과 금속 게르마늄의electrode-electrolyte 인터페이스에서 구성과 극적인 증가와 일부 문학 작품 보고서였다. interfa씨알 ^[18]저항성

금속 리튬과 접촉하는 LAGP의 가능한 분해 메커니즘은 다음 ^[9]방정식에 보고됩니다.

$({displaystyle {2LiGe2(PO4)3 + 4Li -> 3GeO2 + 6LiPO3 + Ge}})$

합성

필요한 성능 및 최종 용도에 따라 벌크 펠릿 또는 박막 형태의 LAGP를 생성하는 여러 합성 방법이 있습니다.합성 경로는 LAGP 재료의 미세 구조에 큰 영향을 미치며, LAGP 재료의 전체 전도성 특성을 결정하는 데 중요한 역할을 한다.실제로, 크고 연결된 입자와 최소량의 2차 비전도상을 가진 결정 LAGP의 콤팩트한 층은 최고의 전도도 값을 보장합니다.반면 유리 LAGP의 ^[15]이온 전도율은 10~10S^–6/cm로^–8 비정질 구조나 작은 입자와 모공이 있으면 리튬이온의 ^[5][12]움직임을 저해하는 경향이 있다.

대부분의 경우 원하는 ^[5]결정도를 달성하기 위해 후공정 열처리를 한다.

벌크 펠릿

고체 소결

고체 소결은 고체 전해질을 생산하는 데 가장 많이 사용되는 합성 과정입니다.GeO 및 AlO와₂₃ 같은₂ 산화물을 포함한 LAGP 전구체의 분말은 고온(700~1200°C)에서 장기간(12시간) 동안 혼합, 소성 및 고밀도화된다.소결 LAGP는 물질을 ^[2]고온으로 유지하는 동안 휘발성 리튬화합물 손실, 2차상 형성 등의 부작용을 피해야 하지만 결정성이 높고 입자가 크고 미세구조가 콤팩트하며 밀도가 높은 것이 특징이다.

소결 파라미터는 LAGP 미세구조와 순도, 궁극적으로는 이온전도율 및 전도성능에 ^[20]영향을 미칩니다.

유리 결정화

LAGP 유리세라믹스는 LiAlGe(PO
₄)
₃의
_1.5
0.5
1.5 명목조성을 가진 비정질 유리로부터 얻을 수 있으며, 그 후 소둔되어 결정화를 촉진한다.고체 소결과 비교하여 세라믹 용융 담금질 후 결정화는 보다 간단하고 유연한 프로세스로, 보다 밀도가 높고 균질한 미세 구조로 ^[5]이어집니다.

유리 결정화의 시작점은 원하는 화학량 측정을 달성하기 위해 적절한 양의 전구체의 용융 담금질 과정을 통해 유리를 합성하는 것입니다.특히 재료에 ^[2]인을 공급하기 위해 다른 전구체를 사용할 수 있다.생각할 수 있는 루트는 다음과 같습니다.

• 1000°C에서 1시간 동안 AlO₂₃ 및 GeO₂ 예열
• 300°C에서 3시간 동안 LiCO₂₃ 건조
• 공칭 화학량 측정과 일치하도록 적절한 양의 시동 전구체 혼합
• 혼합물을 500°C로 단계적 가열하여 휘발성 종 제거
• 1450°C에서 1시간 동안 용해;
• 용융물의 담금질
• 공기 ^[5]중에 있는 유리 샘플의 아닐링.

주요 단계는 다음 ^[5]방정식으로 요약됩니다.

${\displaystyle {3/4Li2CO3 + 3/2GeO2 + 3NH4H2PO4 + 1/4Al2O3 -> Li_{1.5}Al_{0.5}}Ge_{1.5}(PO4)3 + 3NH3 + 3/4CO2 + 9/2H2O}}$

아닐 온도는 전체 결정화를 촉진하고 유해한 2차 상, 모공 및 균열을 방지하기 위해 선택됩니다.다양한 온도가 다양한 문헌 소스에서 보고되지만, 결정화는 보통 550-600°C 이하에서 시작되지 않으며, 850°C 이상의 온도에서는 불순물 ^[5]단계가 광범위하게 형성된다.

솔겔 기술

sol-gel 기술을 사용하면 소결 또는 유리 ^[2]결정화에 비해 낮은 처리 온도에서 LAGP 입자를 생성할 수 있습니다.전형적인 전구체는 게르마늄 유기 화합물, 예를 들어 게르마늄 에톡시드 Ge(OCH
_2
5)입니다. 이 화합물은 리튬, 인 및 알루미늄 공급원의 화학량 측정학적 양이 포함된 수용액에 용해됩니다.그 혼합물은 가열되고 저어진다.솔겔 공정은 겔화제를 첨가한 후 시작되며, 최종 재료는 물을 제거하고 열분해 반응을 촉진하기 위한 후속 가열 단계를 거친 후 ^[14][21]소성된다.

Sol-gel 공정은₂ ^[6]GeO에 비해 더 비싼 게르마늄 유기 전구체를 사용해야 한다.

박막

스퍼터링

스패터링(특히 무선주파수 마그네트론 스패터링)은 LAGP 타깃에서 시작하는 LAGP 박막 제작에 적용되었다.LAGP는 증착 시 기판의 온도에 따라 콜드 스패터링 ^[12]또는 핫 스패터링 구성으로 증착할 수 있다.

필름 화학 측정 및 미세 구조는 증착 파라미터, 특히 전력 밀도, 챔버 압력 및 기판 온도를 제어하여 조정할 수 있습니다.비정질막과 결정질막을 모두 얻을 수 있으며, 통상 두께는 ^[12][17]1μm 내외이다.실온 이온 전도율 및 스패터 및 아닐 LAGP 필름의 활성화 에너지는 벌크 펠릿의 10^–4 S/cm 및 0.31 ^[12]eV와 유사합니다.

에어로졸 증착

에어로졸 증착에 의해 미리 합성된 LAGP 분말을 기판상에 분무하여 LAGP막을 형성할 수 있다.분말은 에어로졸 증착 챔버에 로드되고 정제된 공기는 입자를 기판 쪽으로 이동시키기 위해 운반 가스로 사용되며, 여기에서 입자가 충돌하고 합쳐져 막이 생성됩니다.아스생성막은 비정질이기 때문에 보통 아닐처리를 하여 필름결정성 ^[22]및 그 전도성을 향상시킨다.

기타 기술

LAGP 재료를 생산하는 다른 방법들은 액체 기반 기술,^[6] 스파크 플라즈마 ^[1]소결 및 공동 ^[23]침전물을 포함한 문헌 작품에서 보고되었습니다.

다음 표에서는 최적화된 생산 및 아닐 조건의 경우 다른 합성 경로로 생성된 LAGP 재료에 대해 일부 이온 전도도 값이 보고된다.

합성법에 따른 LAGP 총 이온 전도율

합성법	실온 총 이온 전도율
고체 소결	2 × 10–4 S/cm[20]
유리 결정화	3.9 × 10–4 S/cm[5]
솔겔법	1.8 × 10–4 S/cm[21]
뜨거운 스퍼터링	1.48 × 10–4 S/cm[12]
콜드 스패터링	1.24 × 10–4 S/cm[12]
에어로졸 증착	1.16 × 10–4 S/cm[22]
스파크 플라즈마 소결	3.29 × 10–4 S/cm[1]
공침전법	7.8 × 10–5 S/cm[23]

적용들

LAGP는 리튬이온배터리의 고체 전해질 중 가장 많이 연구되고 있습니다.고체 전해질을 사용하면 가연성이 높고 보통 4.3V 이상에서 불안정한 액체 기반 전해질을 제거하여 배터리 안전성이 향상됩니다.또한 음극에서 양극을 물리적으로 분리하여 단락 위험을 줄이고 리튬 수지상 생장을 강력하게 억제한다.마지막으로, 고체 전해질은 전도성 손실 및 분해 ^[3]문제를 최소화하면서 광범위한 온도에서 작동할 수 있습니다.그러나 고체 전해질의 이온 전도율은 기존의 액체계 전해질보다 다소 낮기 때문에 전체적인 내부 임피던스를 저감하고 보다 짧은 확산 경로와 보다 큰 에너지 ^[3]밀도를 달성하기 위해 얇은 전해질층이 바람직하다.따라서 LAGP는 전해질 두께가 1~수백 ^[3][12]마이크로미터인 전고체 박막 리튬 이온 배터리에 적합합니다.LAGP의 우수한 기계적 강도는 리튬 박리 및 도금 시 리튬 덴드라이트를 효과적으로 억제하여 내부 단락 및 배터리 ^[18]고장 위험을 줄입니다.

LAGP는 고체 전해질로서 순수 재료로서도, 유기-무기 복합 ^[2]전해질 성분으로서도 적용된다.예를 들어 LAGP는 폴리프로필렌(PP)^[24]이나 폴리에틸렌옥사이드(PEO)^[25] 등의 고분자 재료와 조합하여 이온 전도율을 개선하고 전기화학적 안정성을 조정할 수 있다.또한 Ge 양이온의⁴⁺ 전기화학적 반응성 때문에 LAGP는 금속 리튬에 대해 완전히 안정적이지 않기 때문에 리튬 양극과 고체 전해질 사이에 추가 층간층을 도입하여 계면 ^[2]안정성을 향상시킬 수 있다.금속 게르마늄의 얇은 층을 추가하면 리튬 금속에 의한 전기화학적 감소가 매우 음의 전위에서 억제되고 양극과 전해질 사이의 계면 접촉이 촉진되어 사이클링 성능과 배터리 ^[18]안정성이 향상됩니다.폴리머-세라믹 복합 인터레이어 사용 또는 LiO₂ 초과는 ^[2]음전위에서의 LAGP의 전기화학적 안정성을 개선하기 위한 대안 전략이다.

LAGP는 고체 전해질뿐만 아니라 리튬이온배터리의 양극재로도 테스트되어 높은 전기화학적 안정성과 양호한 사이클 성능을 ^[16]보이고 있습니다.

리튬-황 전지

LAGP 기반의 막은 리튬-황 ^[26]배터리에서 분리기로 적용되었습니다.LAGP는 리튬이온을 양극에서 음극으로 전달할 수 있지만, 동시에 음극에서 다황화물의 확산을 방지하여 다황화물 셔틀 효과를 억제하고 배터리의 전반적인 ^[26]성능을 향상시킵니다.일반적으로 전고체 리튬-황 배터리는 계면 저항이 높기 때문에 제작되지 않습니다. 따라서 LAGP가 다황화물 확산에 대한 장벽 역할을 하지만 액체 또는 고분자 전해질과 결합하여 빠른 리튬 확산을 촉진하고 계면 원반을 개선하는 하이브리드 전해질이 실현됩니다.전극으로 ^[27]촉각하다

「 」를 참조해 주세요.

• 고체 전해질
• 솔리드 스테이트 배터리
• NASICON
• 산화 리튬 랜턴 지르코늄

레퍼런스