최근 에너지 자원의 한계와 내연 기관에 의한 환경 오염으로 다양한 분야에서 신 재생 에너지의 필요성이 대두되고 있다. 배터리가 지속적으로 개발됨에 따라 위의 요구 사항을 충족 할 수 있는 것으로 보이지만 전기 자동차와 같이 대용량이 필요한 제품을 충족시키기 위해서는 여전히 많은 연구가 필요하다. 오랫동안 사용 된 액체 전해질은 전극 표면의 높은 전도성과 우수한 습윤성의 장점을 제공하지만 낮은 전기 화학적 및 열적 안정성, 낮은 이온 선택성 및 낮은 안정성으로 어려움을 겪는다. 여기서 액체 전해질을 고체 전해질로 대체하여 액체 전해질의 근본적인 문제를 해결하는 것은 액체 전해질의 지속적인 문제를 극복 할 수 있을 뿐만 아니라 새로운 배터리 개발 가능성을 제공 할 수 있다.
전고체 리튬 이온 배터리가 차세대 배터리로 간주되는 이유는 다음과 같습니다. 첫째, 산화물 계 고체 전해질의 전위 창은 5V 이상으로 유기 액체 전해질 (〈4.5V)보다 넓기 때문에 새로운 활물질을 통해 높은 에너지 밀도를 구현할 가능성이 높습니다. 유기 액체 전해질에는 적용되지 않습니다. (예 : 양극의 리튬 금속) 둘째, 모든 셀을 밀봉 한 후 모듈 및 팩 순서로 조립해야하는 액체 전해질과 달리, 고체 전해질은 적층만으로 여러 셀을 조립 한 후 밀봉 할 수 있습니다. 이러한 이유로 배터리 볼륨을 1/5로 줄여 볼륨 당 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 셋째, 액체 전해액을 불연성 무기 고체 전해질로 대체하여 안전성을 높일 수 있다.
이러한 장점을 갖는 산화물 계 고체 전해질 중 가넷 구조를 갖는 산화물 계 고체 전해질 인 Li7La3Zr2O12 (LLZO)를 조사하고자 한다. LLZO는 상대적으로 높은 이온 전도도 (~ 10-3 S/cm), 리튬 금속에 대한 높은 안정성으로 차세대 배터리 소재 중 하나로 많은 주목을 받고 있다.
본 논문에서는 현재 산화물계 고체전해질 LLZO의 단점인 장시간 고온 열처리 조건을 최소화하기 위해 가열 속도를 높여서 합성하였다. 이에 따른 소결 온도를 최적화하여 합성 시간을 단축하고자 한다. 추가적으로 Al dopant를 몰 비율별로 추가하여 합성 시간을 추가적으로 단축시키고자 하였고, 합성 온도 별로 입방정상 Al-LLZO를 최적화 함으로써 도펀트가 소결온도에 미치는 영향을 조사하고자 한다. 또한 Al dopant와 이온전도도의 관계를 알아보고자 한다.