Understanding Lithium-Ion Transport in Selenophosphate-Based Lithium Argyrodites and Their Limitations in Solid-State Batteries

快离子导体 锂(药物) 电解质 离子电导率 硫系化合物 电化学 中子衍射 碱金属 离子键合 结构精修 化学 材料科学 无机化学 化学工程 离子 结晶学 物理化学 晶体结构 电极 光电子学 有机化学 内分泌学 医学 工程类
作者
Johannes Härtel,Ananya Banik,Josef Maximilian Gerdes,Björn Wankmiller,Bianca Helm,Cheng Li,Marvin A. Kraft,Michael Ryan Hansen,Wolfgang G. Zeier
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:35 (12): 4798-4809
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.3c00658
摘要

To develop solid-state batteries with high power and energy densities, solid electrolytes with fast Li+ transport are required. Superionic lithium argyrodites have proven to be a versatile system, in which superior ionic conductivities can be achieved by elemental substitutions. Herein, we report the novel selenophosphate-based lithium argyrodites Li6–xPSe5–xBr1+x (0 ≤ x ≤ 0.2) exhibiting ionic conductivities up to 8.5 mS·cm–1 and uncover the origin of their fast Li+ transport. Rietveld refinement of neutron powder diffraction data reveals a better interconnection of the Li+ cages compared to the thiophosphate analogue Li6PS5Br, by the occupation of two additional Li+ sites, facilitating fast Li+ transport. Additionally, a larger unit cell volume, lattice softening, and higher structural disorder between halide and chalcogenide are unveiled. The application of Li5.85PSe4.85Br1.15 as the catholyte in In/LiIn|Li6PS5Br|LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2:Li5.85PSe4.85Br1.15 solid-state batteries leads to severe degradation upon charging of the cell, revealing that selenophosphate-based lithium argyrodites are not suitable for applications in lithium nickel cobalt manganese oxide-based solid-state batteries from a performance perspective. This work further expands on the understanding of the structure–transport relationship in Li+ conducting argyrodites and re-emphasizes the necessity to consider chemical and electrochemical stability of solid electrolytes against the active materials when developing fast Li+ conductors.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
明亮依波完成签到,获得积分10
刚刚
1秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
1秒前
丽莫莫完成签到,获得积分10
1秒前
Raki完成签到,获得积分10
1秒前
淡淡念柏发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
Chentongxue发布了新的文献求助30
1秒前
朴实的晓筠完成签到 ,获得积分10
2秒前
木槐草完成签到 ,获得积分10
2秒前
缥缈可乐完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
Liu完成签到,获得积分10
3秒前
chx123完成签到,获得积分10
3秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
3秒前
越狱兔完成签到,获得积分10
5秒前
动听雨梅完成签到 ,获得积分10
6秒前
醋溜荧光大蒜完成签到 ,获得积分10
6秒前
简单向露完成签到,获得积分10
7秒前
张张洼完成签到,获得积分10
7秒前
澡雪完成签到,获得积分10
7秒前
李怀玉完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
呼噜完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
lizl完成签到,获得积分10
8秒前
hahada完成签到,获得积分10
8秒前
梦追阳完成签到 ,获得积分10
8秒前
阿雷完成签到,获得积分10
9秒前
小安完成签到,获得积分10
10秒前
江山完成签到,获得积分10
10秒前
zhang完成签到,获得积分10
10秒前
小亮完成签到 ,获得积分10
10秒前
开朗的路灯完成签到 ,获得积分10
10秒前
Ivan完成签到 ,获得积分10
10秒前
隐形完成签到,获得积分10
10秒前
小天完成签到,获得积分10
11秒前
xr完成签到 ,获得积分10
11秒前
newgeno2003发布了新的文献求助30
11秒前
11秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Clinical Microbiology Procedures Handbook, Multi-Volume, 5th Edition 2000
The Cambridge History of China: Volume 4, Sui and T'ang China, 589–906 AD, Part Two 1000
The Composition and Relative Chronology of Dynasties 16 and 17 in Egypt 1000
Russian Foreign Policy: Change and Continuity 800
Real World Research, 5th Edition 800
Qualitative Data Analysis with NVivo By Jenine Beekhuyzen, Pat Bazeley · 2024 800
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5715953
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 5238068
关于积分的说明 15275785
捐赠科研通 4866532
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2613031
邀请新用户注册赠送积分活动 1563138
关于科研通互助平台的介绍 1520694