Identifying descriptors for Li+ conduction in cubic Li-argyrodites via hierarchically encoding crystal structure and inferring causality

材料科学 热传导 离子电导率 离子 晶体结构 晶格能 化学物理 快离子导体 电解质 结晶学 物理化学 化学 电极 复合材料 有机化学
作者
Qian Zhao,Liwen Zhang,Bing He,Anjiang Ye,Maxim Avdeev,Liquan Chen,Siqi Shi
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:40: 386-393 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.05.033
摘要

Identifying descriptors linked to Li+ conduction enables rational design of solid state electrolytes (SSEs) for advanced lithium ion batteries, but it is hindered by the diverse and confounding descriptors. To address this, by integrating global and local effects of Li+ conduction environment, we develop a generic method of hierarchically encoding crystal structure (HECS) and inferring causality to identify descriptors for Li+ conduction in SSEs. Taking the cubic Li-argyrodites as an example, 32 HECS-descriptors are constructed, encompassing composition, structure, conduction pathway, ion distribution, and special ions derived from the unit cell information. Partial correlation analysis reveals that the smaller anion size plays a significant role in achieving lower activation energy, which results from the competing effects between the lattice space and bottleneck size controlled by framework site disorder. Moreover, the promising candidates are suggested, in which Li6-xPS5-xCl1+x (e.g., Li5.5PS4.5Cl1.5 with the room ionic conductivity of 9.4mS cm−1 and the activation energy of 0.29eV) have been experimentally evaluated as excellent candidates for practical SSEs and the rest are novel compositions waiting for validation. Our work establishes a rational correlation between the HECS-descriptors and Li+ conduction and the proposed approach can be extended to other types of SSE materials.
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