Versatility of Sb-doping enabling argyrodite electrolyte with superior moisture stability and Li metal compatibility towards practical all-solid-state Li metal batteries

电解质 离子电导率 阳极 材料科学 金属 兴奋剂 电导率 电化学 化学工程 掺杂剂 无机化学 化学 电极 冶金 物理化学 光电子学 工程类
作者
Hong Liu,Qisi Zhu,Yuhao Liang,Chao Wang,Dabing Li,Xiaoxue Zhao,Lei Gao,Li‐Zhen Fan
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:462: 142183-142183 被引量:56
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.142183
摘要

Sulfide solid-state electrolytes (SSEs) are considered as one of the most promising candidates for all-solid-state Li metal batteries (ASSLMBs) on account of their high ionic conductivity and outstanding ductility. However, the poor air stability and incompatibility with Li metal seriously obstruct their application in ASSLMBs. Herein, versatile Sb-doped Li6P1−xSbxS5Cl SSEs are successfully developed to tackle these issues. The synthesized Li6P0.925Sb0.075S5Cl displays an ultrahigh ionic conductivity of 3.6 × 10−3 S cm−1 at room temperature by optimizing the concentrations of dopant. Furthermore, such electrolyte exhibits remarkable structural stability and admirable hydrolysis resistance when exposed to humid air or water, owing to the formation of SbS4 units that are thermodynamically stable to water in the Sb-doped electrolyte. Importantly, the Li6P0.925Sb0.075S5Cl SSE can induce the formation of Li-Sb alloy at the Li/SSE interface, which serves critical functions to regulate the Li+ plating/stripping behavior and decrease Li+ diffusion energy barrier across the anode interface, thus endowing an excellent long-term cyclic stability of the Li symmetric batteries (stable cycle at 0.1 mA cm−2 over 800 h) and significantly improved critical current density (1.2 mA cm−2). More encouragingly, either pristine-synthesized or air-exposed Li6P0.925Sb0.075S5Cl enables ASSLMBs with satisfying electrochemical performance at room temperature.
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