Microstructure and ionic conductivities of NASICON-type Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 solid electrolytes produced by cold sintering assisted process

作者
Hong Nian Cai,Tong Yu,Dongrui Xie,Benshuang Sun,Jiang Cheng,Li Lü,Xujin Bao,Hongtao Zhang
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:939: 168702-168702 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2023.168702
摘要

Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP) is a promising solid electrolyte for lithium-ion batteries. However, it is challenging to densify LATP ceramics at reduced sintering temperature while preserving their electrical properties. Herein, LATP ceramics were pre-densified via cold sintering process (CSP) at 250 °C for 1 h and exhibited room temperature ionic conductivity of 2.01 × 10−6 S/cm. Subsequent post-annealing at as low as 900 °C for 1 h resulted in two orders of magnitude improvement in both grain boundary conductivity and total conductivity, compared to those of as-CSPed LATP. The optimal total conductivity (4.29 × 10−4 S/cm) obtained from post-annealed material is among the best reported values so far. It is also 5 times greater than the conductivity (8.51 × 10−5 S/cm) of the conventionally sintered LATP. We propose that post-annealing effectively eliminates amorphous insulating phases generated during CSP and promotes crack-free microstructure with moderate grain growth, which collectively contributes to dramatically enhanced conductivity. This work unambiguously demonstrates that CSP-assisted process can avoid the detrimental effects of high temperature associated with conventional sintering on microstructure and conductivity, and thus is a cost-effective processing route for fabrication of solid-state electrolytes for battery applications.

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