Cathode-doped sulfide electrolyte strategy for boosting all-solid-state lithium batteries

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作者
Lei Zhou,Muhammad Khurram Tufail,Le Yang,Niaz Ahmad,Renjie Chen,Wen Yang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:391: 123529-123529 被引量:48
标识
DOI:10.1016/j.cej.2019.123529
摘要

Low lithium ionic conductivity of the solid-state electrolyte and large interface resistance have hampered the application of all-solid-state lithium batteries. Although various methods have been proposed to address these challenge, a high-efficient method still needs for all-solid-state batteries. For the first time that Pyrite (FeS2) cathode is used as doping agent for Li7P3S11-type glass–ceramic electrolyte that could simultaneously improve the ionic conductivity and decrease the interfacial resistance between FeS2 cathode and electrolyte. A new series of Li7P3S11-type glass–ceramic electrolytes (x = 0, 0.5, 1, 2) are prepared by high energy ball milling method, and the 99.5(70Li2S–30P2S5)–0.5FeS2 glass–ceramic electrolyte shows a high lithium ionic conductivity, up to 2.22 mS cm−1 at room temperature. Solid-state NMR studies found that the presence of FeS2 doping could controllably adjust the crystallisation portions in glass–ceramic electrolyte, thus achieving the superior ionic conductivity. Moreover, the fabricated FeS2/99.5(70Li2S–30P2S5)–0.5FeS2/Li–Ln cell exhibited lower resistance. As a result, the novel all-solid-state lithium battery presented a higher initial capacity of 543 mAh g−1 at the current density of 0.03 mA cm−2 and also better cycling stability (462 mAh g−1 after 20 cycles) than the counterpart. The proposed cathode-doped electrolyte strategy not only figure out the key factors that determine the ionic conductivity of the glass–ceramic electrolyte and cathode/electrolyte interfacial resistance, and also provides an efficient route for design electrode configuration of high-performance solid-state lithium batteries.
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