Synergistic multi-doping effects on the Li7La3Zr2O12 solid electrolyte for fast lithium ion conduction

掺杂剂 兴奋剂 材料科学 锂(药物) 离子电导率 电解质 离子 空位缺陷 电导率 快离子导体 化学物理 无机化学 结晶学 化学 物理化学 光电子学 电极 医学 有机化学 内分泌学
作者
Dong Ok Shin,Kyungbae Oh,Kwang Man Kim,Kyu‐Young Park,Byungju Lee,Young-Gi Lee,Kisuk Kang
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:5 (1): 18053-18053 被引量:187
标识
DOI:10.1038/srep18053
摘要

Abstract Here, we investigate the doping effects on the lithium ion transport behavior in garnet Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO) from the combined experimental and theoretical approach. The concentration of Li ion vacancy generated by the inclusion of aliovalent dopants such as Al 3+ plays a key role in stabilizing the cubic LLZO. However, it is found that the site preference of Al in 24d position hinders the three dimensionally connected Li ion movement when heavily doped according to the structural refinement and the DFT calculations. In this report, we demonstrate that the multi-doping using additional Ta dopants into the Al-doped LLZO shifts the most energetically favorable sites of Al in the crystal structure from 24d to 96 h Li site, thereby providing more open space for Li ion transport. As a result of these synergistic effects, the multi-doped LLZO shows about three times higher ionic conductivity of 6.14 × 10 −4 S cm −1 than that of the singly-doped LLZO with a much less efforts in stabilizing cubic phases in the synthetic condition.
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