SPS driven lithium differential diffusion in NASICON-like structures

Samples of nominal composition Li1.3Fe0.3Ti1.7(PO4)3 with a NASICON-type crystal structure, can be sintered up to 95% of the theoretical density at only 600 °C using spark plasma sintering, SPS. The final pellets however show different colouration in their upper and lower faces, being the upper face white and the lower one pink. The analysis of both surfaces by XPS shows a higher concentration of lithium on the white upper face, as a consequence of the polar diffusion of ions from the positive to the negative rams during SPS. On the other hand the study by XRD and SEM shows the formation of an extra phase in the upper face with nominal composition LiOPO4. A change in the cell parameters of the original NASICON structure is also observed, confirming the diffusion of lithium ions.

ResumenMuestras de composición nominal Li1.3Fe0.3Ti1.7(PO4)3 y estructura tipo NASICON se han logrado consolidar mediante SPS (spark plasma sintering) a tan sólo 600 °C y alcanzando una densidad del 95% de la densidad teórica. No obstante, las pastillas obtenidas muestran una diferente coloración en sus caras, siendo la cara superior de colour blanco y la cara inferior de colour rosado. El análisis de ambas superficies mediante XPS evidencia una mayor concentración de litio en la cara superior blanquecina, como resultado de un proceso de difusión polar de iones entre los polos positivo y negativo durante el tratamiento por SPS. Por su parte el estudio mediante DRX y SEM de ambas caras indica la formación de una fase extra en dicha cara superior, con una composición nominal LiOPO4. Además se observa un cambio en los parámetros de red de la estructura NASICON original, confirmando dicha difusión de los iones litio.