Neuartige schnelle Lithiumionenleitung in Granat‐Typ Li 5 La 3 M 2 O 12 (M = Nb, Ta)

Lithiummetalloxide mit der nominalen Zusammensetzung Li 5 La 3 M 2 O 12 (M = Nb, Ta), die eine granatartige Struktur aufweisen, wurden hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften untersucht. Diese Verbindungen bilden eine neue Klasse von Festkörper-Lithiumionenleitern mit einer anderen Kristallstruktur im Vergleich zu allen bisher bekannten. Die Materialien werden durch Festkörperreaktion hergestellt und durch Pulver-XRD und Wechselstromimpedanz charakterisiert, um ihre Lithiumionenleitfähigkeit zu bestimmen. Sowohl die Niob- als auch die Tantalmitglieder zeigen eine ähnliche Größenordnung der Volumenleitfähigkeit (∼10 −6 S/cm bei 25°C). Die Aktivierungsenergien für die Ionenleitfähigkeit (<300°C) betragen 0,43 und 0,56 eV für Li 5 La 3 Nb 2 O 12 bzw. Li 5 La 3 Ta 2 O 12, was mit denen anderer festen Lithiumleiter vergleichbar ist, wie Lisicon, Li 14 ZnGe 4 O 16. Unter den untersuchten Materialien ist die Tantalverbindung Li 5 La 3 Ta 2 O 12 stabil gegenüber der Reaktion mit geschmolzenem Lithium. Eine weitere Anpassung der Zusammensetzungen durch geeignete chemische Substitutionen und verbesserte Synthesemethoden, insbesondere in Bezug auf die Minimierung des Korngrenzenwiderstands, sind wichtige Themen im Hinblick auf die potenzielle Verwendung der neuen Klasse von Verbindungen als Elektrolyte in praktischen Lithiumionenbatterien.