Pseudo-binary electrolyte, LiBH4–LiCl, for bulk-type all-solid-state lithium-sulfur battery

电解质 材料科学 电化学 离子电导率 电化学窗口 无机化学 锂(药物) 快离子导体 化学工程 电极 化学 物理化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Atsushi Unemoto,Chunlin Chen,Zhongchang Wang,Motoaki Matsuo,Tamio Ikeshoji,Shin‐ichi Orimo
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:26 (25): 254001-254001 被引量:67
标识
DOI:10.1088/0957-4484/26/25/254001
摘要

The ionic conduction and electrochemical and thermal stabilities of the LiBH4–LiCl solid-state electrolyte were investigated for use in bulk-type all-solid-state lithium-sulfur batteries. The LiBH4–LiCl solid-state electrolyte exhibiting a lithium ionic conductivity of at 373 K, forms a reversible interface with a lithium metal electrode and has a wide electrochemical potential window up to 5 V. By means of the high-energy mechanical ball-milling technique, we prepared a composite powder consisting of elemental sulfur and mixed conductive additive, i.e., Ketjen black and Maxsorb. In that composite powder, homogeneous dispersion of the materials is achieved on a nanometer scale, and thereby a high concentration of the interface among them is induced. Such nanometer-scale dispersals of both elemental sulfur and carbon materials play an important role in enhancing the electrochemical reaction of elemental sulfur. The highly deformable LiBH4–LiCl electrolyte assists in the formation of a high concentration of tight interfaces with the sulfur-carbon composite powder. The LiBH4–LiCl electrolyte also allows the formation of the interface between the positive electrode and the electrolyte layers, and thus the Li-ion transport paths are established at that interface. As a result, our battery exhibits high discharge capacities of 1377, 856, and 636 mAh g–1 for the 1st, 2nd, and 5th discharges, respectively, at 373 K. These results imply that complex hydride-based solid-state electrolytes that contain Cl-ions in the crystal would be integrated into rechargeable batteries.

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