본 석사논문에서는 All Solid-State Lithium-ion Battery (ASSLB) 전해질 물질로 적용하기 위해서 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP) 물질의 전기화학 특성에 대해 연구하였다. Nasicon 구조의 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP)는 Solid-State Reaction (SSR) 제작 방법을 통해 합성하였다.
그 후 합성이 끝난 powder의 X-ray diffraction (XRD)분석을 통해 합성 온도 및 리튬 함량에 따른 합성 조건을 확인하였다. 그 결과, 600, 700, 800, 900℃에서 각각 2시간씩 열처리를 진행한 경우 600℃ 합성 조성에서부터 LATP가 합성되었으나 가장 많은 불순물이 존재하였다. 그리고 합성 온도가 증가할수록 불순물의 농도가 감소하다 800℃ 합성 조성에서 LATP 단일 상으로 나타나는 패턴이 발견되었다. 오히려 온도를 더욱 높인 900℃ 합성 조성은 다시 불순물이 확인되었다. 또한 추가 Lithium 함량이 0wt%일 경우 합성 후 불순물(AlPO₄)이 존재하였으나 10wt%의 Lithium을 추가한 경우 LATP 단일상이 합성되었다. 더욱 Lithium 함량을 높인 Lithium 20wt%, 30wt%, 40wt% 조성에서는 추가함에 따라 불순물(LiTiPO5, Li4P2O7)의 농도가 증가하는 것을 확인하였다.
단일상으로 확인된 LATP+Li10wt% 조성의 결과를 기준으로 lattice parameter를 확인한 결과 본 실험에서 합성한 Nasicon 구조 LATP의 경우 a=b, c의 lattice parameter 값을 가지는 orthophosphate (Space group = R -3 ch) 구조를 형성하는 것을 확인하였다.
합성된 LATP의 시편은 압축성형 및 테이프 캐스팅 방법을 사용하여 제작하였으며 제작된 LATP의 전기화학 특성을 분석하였다. 그 결과 합성 온도가 600℃에서 800℃로 증가함에 따라 이온전도도가 증가하였으나 900℃ 하소조성의 경우 상대적으로 낮은 이온전도도를 나타냈다. 또한 압축성형 방법으로 제작한 LATP 시편의 경우 Li30wt%를 추가한 LATP+Li30wt% 조성이 가장 우수한 전기화학 특성을 나타냈다. 반면에 테이프 캐스팅 방법으로 제작한 LATP 시편의 경우 Li10wt%를 추가한 LATP+Li10wt% 조성이 가장 우수한 전기화학 특성을 나타냈다.
추가적으로 압축 성형 시편과 테이프 캐스팅 시편의 미세구조를 관찰해본 결과, 압축 성형 시편의 경우 비정상결정성장 (Abnormal Grain Growth, AGG)가 발생하였지만 테이프 캐스팅 시편의 경우 비정상결정성장이 발생하지 않은 것을 확인하였다. 이를 통해 LATP의 경우 테이프 캐스팅 방법을 사용하게 될 경우 우수한 전기화학적 특성과 동시에 비정상결정성장 발생 억제를 통한 long-term stability 특성을 향상시킬 수 있다는 것을 확인하였다.